Prawie połowa wszystkich wyprodukowanych na świecie szczepionek marnuje się. Wynika to z przede wszystkim z przeszkód logistycznych związanych z transportem po całej kuli ziemskiej. Większość szczepionek wymaga przechowywania w ściśle określonej temperaturze: od momentu produkcji, poprzez transport i magazynowanie, aż po wstrzyknięcie w ludzkie ramię. Utrzymanie takiego łańcucha chłodniczego jest nie lada wyzwaniem. Np. w Afryce Subsaharyjskiej i innych rozwijających się regionach ograniczona infrastruktura oraz zawodne systemy energii elektrycznej często uniemożliwiają prawidłowe, gwarantujące skuteczność, dostarczenie preparatów do odbiorców.

Aby sprostać wyzwaniu, naukowcy z Macromolecular Engineering i Organic Chemistry Labs w ETH Zurich oraz specjaliści z Nanoly Bioscience w Kolorado opracowali bezpieczną i wszechstronną platformę zwiększającą stabilność termiczną szczepionek. Ich celem była znacząca poprawa dystrybucji szczepionek oraz obniżenie kosztów ekonomicznych utrzymania łańcucha chłodniczego (http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abo0502).

„Pomyślmy o tym, jak o jajku - mówi Bruno Marco-Dufort, doktorant zaangażowany w omawiane badanie. - W temperaturze pokojowej lub w lodówce jajko zachowuje charakterystyczną strukturę swojego białka, ale gdy trafi do wrzącej wody lub na patelnię, struktura ta zmienia się na stałe. Podobnie jest z białkami w szczepionce - po wystawieniu na działanie określonych temperatur zlepiają się one ze sobą, a ponowne schłodzenie nie jest w stanie odwrócić tej denaturacji. Tak jak nie da się +odgotować+ jajka”.

Zamiast więc zmieniać matkę naturę, Marco-Dufort wraz ze współpracownikami opracował nowy rodzaj hydrożelu, opartego jest na biokompatybilnym, syntetycznym polimerze PEG (glikolu polietylenowym), który służy jako ochronny „płaszcz” dla bardzo dużych, choć niewidocznych gołym okiem, złożonych cząsteczek, takich jak właśnie białka w szczepionkach, ale także przeciwciała itp.

Opakowanie cząsteczek w taki hydrożel działa niczym plastikowy pojemnik do przechowywania żywności - zamyka w sobie białka i utrzymuje je osobno, nie dopuszczając do ich zlepiania nawet w niesprzyjających temperaturach.

Dzięki temu białka wytrzymują większe wahania temperatury. Zamiast tradycyjnego zakresu od +2 do +8 st. C takie hermetyczne oddzielenie pozwala przetrwać im niezmienionej formie nawet w temperaturach 25-65 st. C. A co najważniejsze, zakapsułkowany ładunek może być niezwykle łatwo uwolniony przez dodanie roztworu cukru, dzięki czemu szczepionki da się szybko uruchomić tuż przed podaniem.

Oprócz wydłużenia żywotności szczepionek opisywana technologia może przynieść ogromne korzyści ekonomiczne. „W 2020 r. ogólny rynek usług łańcucha chłodniczego (od produkcji po dystrybucję) wynosił 17,2 miliarda dolarów, a prognozuje się, że kwota ta wzrośnie” - podkreślają autorzy publikacji. Rosnące koszty mają potencjalnie tragiczne konsekwencje dla zdrowia publicznego.

„Większość szczepionek jest wrażliwa na ciepło i zimno. Stwarza to dużą barierę dla globalnych kampanii szczepień, ponieważ dystrybucja preparatów i koszty administracyjne często przewyższają koszty produkcji – wyjaśnia Marco-Dufort. - Hermetyzacja oferuje skuteczne i dość niedrogie rozwiązanie, a zaoszczędzone kwoty będzie można przeznaczyć na produkcję większej liczby szczepionek, by tym samym ocalić więcej istnień ludzkich”.

Zanim jednak hydrożele będą mogły trafić do producentów i dystrybutorów szczepionek, muszą przejść szereg badań bezpieczeństwa i prób klinicznych.

Autorzy pomysłu mają nadzieję, że ich rozwiązanie da się wykorzystać również do transportu wrażliwych na ciepło enzymów, wykorzystywanych na przykład w badaniach nad rakiem, lub cząsteczek białek do badań laboratoryjnych.(PAP)

Katarzyna Czechowicz

kap/ agt/