Consegna rapida dei vaccini a livello globale grazie a un ingombro ridotto dei bioreattori

La distribuzione globale dei vaccini è fondamentale per l’eradicazione di malattie letali.

La distribuzione globale dei vaccini è fondamentale per l’eradicazione di malattie letali. Nel 1980, dopo un’intensa campagna di vaccinazione, l’Assemblea mondiale della sanità ha dichiarato il vaiolo eradicato. Nel 2020, nel mondo ci sono meno di 500 nuovi casi di poliomielite all’anno.

Negli Stati Uniti, 14 malattie che un tempo erano letali (come la difterite e il morbillo) sono ora quasi eliminate. Tuttavia, sono molto più diffuse nei paesi che non sono stati in grado di attuare rigorose campagne di vaccinazione.

L’impossibilità di attuare tali campagne di vaccinazione è più spesso dovuta ai costi proibitivi dei vaccini. Quando i vaccini vengono prodotti a costi inferiori, possono essere distribuiti a livello globale a costi molto più bassi — favorendo l’eradicazione delle malattie ovunque.

L’ingombro dell’impianto è strettamente correlato ai costi di produzione

Lo spazio è una risorsa preziosa, in particolare negli impianti con camere bianche GMP. Ridurre l’ingombro dei bioreattori e di varie altre apparecchiature può avere benefici di vasta portata — in ultima analisi, una distribuzione dei vaccini più economica e più diffusa.

In qualsiasi contesto, ridurre l’ingombro riduce il costo complessivo dei prodotti venduti, portando a configurazioni più efficienti ed economicamente vantaggiose. Per le configurazioni upstream, l’ingombro dei bioreattori può essere notevolmente ridotto progettando metodi innovativi per aumentare la densità cellulare, ottenendo rese maggiori dalla stessa configurazione — e più dosi di vaccino prodotte senza aumentare i costi.

Intensificazione di processo: aumentare la produttività con un minor utilizzo di apparecchiature

L’obiettivo dell’intensificazione di processo è aumentare la produttività riducendo al contempo le dimensioni necessarie dell’impianto. Ciò significa minori investimenti di capitale richiesti per i nuovi impianti, minori costi generali nell’arco della vita utile e, complessivamente, un minor costo dei prodotti venduti – mantenendo o addirittura aumentando la produzione dell’impianto.

Nei bioreattori, l’intensificazione di processo può essere ottenuta aumentando la densità cellulare nel terreno del reattore. Tradizionalmente, le colture cellulari venivano fatte crescere su superfici 2D e lo scale-up richiedeva semplicemente di aumentare la superficie disponibile a cui le cellule potevano aderire.

Questo metodo può raggiungere una densità cellulare di 20 milioni di cellule/mL e richiede un grande ingombro produttivo: il numero di incubatori e di cabine di biosicurezza deve crescere con le dimensioni della coltura. Questo sistema richiede inoltre molti operatori qualificati per monitorare le colture.

Tecnologie più recenti, come i microcarrier, hanno consentito a scienziati e produttori di raggiungere densità cellulari significativamente più elevate in ingombri molto più piccoli. Nel 2014, il Pall iCELLis ha raggiunto 100 milioni di cellule/mL, e il valore continua ad aumentare. Attualmente, Univercells sta usando un finanziamento della Fondazione Gates per aumentare la densità fino a un impressionante valore di 250 milioni di cellule/mL — con l’obiettivo di ridurre il costo di produzione dei vaccini abbastanza da poter consegnare vaccini contro la poliomielite ai paesi a basso e medio reddito al costo di appena 0,15 dollari per dose.

Caso di studio: Sartorius utilizza l’intensificazione di processo per accelerare lo sviluppo dei vaccini

In un white paper del luglio 2020, Sartorius ha esaminato l’intensificazione di processo come metodo per accelerare lo sviluppo dei vaccini in risposta al COVID‑19. Ha osservato che, a livello globale, in ogni momento ci sono molti più bioreattori da 2.000 L inutilizzati che bioreattori da 20.000 L conformi alla GMP. Questi bioreattori più piccoli sono flessibili e possono essere integrati in skid mobili che consentono rapidi cambi di prodotto. Il white paper afferma: “utilizzando un processo di coltura cellulare intensificato… per produrre 10 – 20 dosi di vaccino/mL, [è possibile] eseguire cicli da 2.000 L e produrre vaccino sufficiente per sperimentazioni su piccola scala.”

Lo scale-out (non lo scale-up) può massimizzare l’efficienza degli impianti esistenti

Fare scale-out degli impianti di bioreattori significa aumentare la produzione dei reattori più piccoli — senza dover passare a reattori su scala di produzione. Questo si ottiene semplicemente aumentando il numero di bioreattori più piccoli oppure aumentando la densità cellulare all’interno di un singolo reattore più piccolo.

Lo scale-out è spesso più semplice e più fattibile dello scale-up da bioreattori da 2.000 L a reattori da 10 – 20.000 L. Ciò è dovuto principalmente al fatto che consente la crescita di colture su larga scala (e la produzione di vaccini) senza richiedere gli impianti progettati per bioreattori su larga scala (molto costosi).

Un vantaggio chiave dello scale-out di un processo è che consente di continuare a usare i bioreattori monouso (SUB). I SUB sono più economici, più flessibili e possono ottenere un tempo di funzionamento significativamente maggiore rispetto ai reattori multiuso — ma hanno in genere una capacità massima di circa 2.000 L. Aumentare il numero di SUB in un impianto aumentando al contempo la densità cellulare raggiungibile può colmare con successo il divario di capacità di 10 volte tra un SUB e un bioreattore su scala di produzione.

Ne risulta una riduzione dell’ingombro necessario dei bioreattori su scala commerciale, che può essere particolarmente utile per le sperimentazioni di fase 3 dei vaccini, che richiedono la produzione di un gran numero di dosi ma hanno ancora esiti incerti. La possibilità di soddisfare le esigenze di produzione per le sperimentazioni cliniche senza richiedere l’attuale (enorme) livello di spesa in conto capitale potrebbe quindi permettere a un numero maggiore di biofarmaci di arrivare alle sperimentazioni cliniche — con il risultato che un maggior numero di nuovi vaccini arrivi sul mercato più rapidamente, permettendoci di combattere malattie nuove o rare in modo più efficace di quanto fosse possibile in precedenza.

Per saperne di più: uno scale-up efficiente è la chiave per una somministrazione dei farmaci a basso costo $