У каждой страны с развитой системой здравоохранения существует «график здоровья» — план регулярной вакцинации, защищающий население от инфекций. При его составлении ученые прорабатывают стратегию борьбы с инфекциями, учитывают риски заболеваний, возрастные особенности и среди прочего возможности производства вакцин. Как создаются эти лекарства и есть ли место для инноваций в уже отлаженном механизме производства? Об этом корреспондент «Научной России» узнал у заместителя директора ФГБУ «НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи», разработчика первой массово применяемой четырехвалентной вакцины против гриппа «Ультрикс Квадри» Павла Евгеньевича Вандышева.
Павел Евгеньевич Вандышев — российский биотехнолог и руководитель фармацевтической отрасли, с марта 2021 г. занимает должность заместителя директора по развитию инфраструктуры ФГБУ «НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России. Окончил Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева и Государственный университет управления. С 2013 г. работал в ООО «ФОРТ», где в 2019 г., будучи генеральным директором, руководил разработкой и запуском первой массовой четырехвалентной вакцины против гриппа «Ультрикс Квадри», ставшей ключевым продуктом для Национального календаря прививок (7,5 млн доз в 2020 г.) и экспорта (1,1 млн доз в Казахстан) . За эту работу удостоен премии им. академика В.Ф. Уткина и звания «Почетный гражданин Рязанской области».
В России вакцинация проходит в соответствии с Национальным календарем профилактических прививок (НКПП). Система делится на два направления. Первое — обязательный НКПП, защищающий от 12 инфекций: кори, гриппа, туберкулеза, полиомиелита и других. Второй — календарь по эпидемическим показаниям (КПП), который начинает работать, когда где-то вспыхивает опасная инфекция. Он включает уже 16 заболеваний и действует точечно — для жителей проблемных регионов или представителей рискованных профессий (ветеринаров, лесников и др.). Государство полностью берет на себя финансирование НКПП, ведь массовая вакцинация — это щит не только для отдельного человека, но и для всего общества. Даже если инфекция сегодня неактивна в регионе, прививки делают на опережение — чтобы не дать болезни шанса на возвращение.
П.Е. Вандышев
Как именно выглядит технология производства вакцин от гриппа? Все начинается с куриных эмбрионов — своеобразных биологических фабрик. В них выращивают вирус гриппа, который позже станет основой вакцины. Следом начинается ювелирная работа по инактивированию М-белка, очистки с помощью мембранных фильтров и ультрацентрифугирования (представьте гигантскую «центрифугу» с сахарным раствором). Готовый субстрат отделяют от всего лишнего и расщепляют на части. Получаются субъединичные или расщепленные вакцины, вирусные белки каждого штамма, утвержденного ВОЗ, которые потом конструируют в готовые вакцины (трехвалентные или четырехвалентные). Или в случае адъювантных вакцин добавляют адъювант — «усилитель», который мягко подстегивает иммунный ответ при низком содержании в составе вакцины гемагглютинина, целевого белка.
«Культивирование вируса гриппа на куриных эмбрионах применяется около 70 лет без существенных изменений. Вируссодержащая аллантоисная жидкость извлекается из эмбриона и используется для дальнейших операций. От концентрации вируса в аллантоисной жидкости зависят продуктивность и экономичность процесса производства. Процессы очистки разными производителями гриппозной вакцины проводятся по фирменным протоколам, многие технологические решения защищены патентами. Основной задачей выступает освобождение продукта от яичного дебриса и крупных белков куриного эмбриона. Дополнительная очистка и выделение вируса гриппа проводятся с использованием зонального ультрацентрифугирования в градиенте плотности — отраслевого промышленного стандарта для гриппозных вакцин. Ультрацентрифуги служат “сердцем” текущей гриппозной технологии. Поломки центрифуги, а также любые ограничения, связанные с доступностью запасных частей, техническим обслуживанием, обновлением программного обеспечения и т.д., имеют крайне негативные последствия для вакцинных производителей, особенно в ситуации пандемии», — объяснил П.Е. Вандышев.
В рамках НКПП ежегодно выпускается 65 млн доз противогриппозных вакцин. Из них 15 млн доз — это современная четырехвалентная вакцина «Ультрикс Квадри». Оставшиеся 50 млн доз приходятся на трехвалентный препарат «Совигрипп» и «Флю М», применяемый у взрослых. Для создания такого объема требуется около 2000 г гемагглютинина — ключевого белка вируса гриппа, который стимулирует иммунный ответ.
Современная яичная технология, используемая в России, позволяет нарастить выпуск гемагглютинина в 2–2,5 раза — до 4050–5400 г в год. Такой объем сырья мог бы обеспечить выпуск от 68 до 90 млн доз четырехвалентной вакцины (по 60 мкг белка на дозу) или от 90 до 120 млн доз трехвалентной версии (по 45 мкг на дозу). Производственный цикл длится 30 недель — с апреля по октябрь. Еженедельно три российских производителя совместно закупают до 3 млн куриных эмбрионов, которые служат «биореакторами» для выращивания вирусных штаммов. За сезон это составляет около 90 млн эмбрионов.
Несмотря на отработанную схему, у яичной технологии есть узкие места. Во-первых, это зависимость от биоматериала: обеспечение стабильных поставок эмбрионов требует четкой координации с птицеводческими хозяйствами. Во-вторых, оборудование и инфраструктура производств нуждаются в регулярной модернизации для повышения эффективности. Наконец, вакцины на основе куриных эмбрионов иногда уступают клеточным аналогам в иммуногенности — особенно у пожилых людей или пациентов с ослабленным иммунитетом.
Для производства вакцин используются куриные эмбрионы
«В 1995 г. ВОЗ рекомендовала разработать альтернативную систему культивирования вируса. Клеточная технология, в отличие от яичной, позволяет вакцинным производителям быстрее реагировать на сезонное изменение штаммового состава, сокращать производственные циклы, обеспечивать больший контроль процесса с надежным выходом и получать продукт с улучшенными характеристиками. Клеточная технология инактивированных гриппозных вакцин позволяет преодолеть ограничения производства яичной технологии. Клеточные линии всегда доступны, они могут быть сохранены неограниченно долго (клеточный банк) и оперативно использованы для производства вакцины, что позволяет избежать зависимости от поставок эмбрионов», — сообщил П.Е. Вандышев.
Как и в классической яичной технологии, в клеточной выделяют три ключевых этапа: культивирование вируса, его очистку и превращение в безопасный препарат. Вирусные частицы обезвреживают с помощью детергентов, которые разрушают их структуру, оставляя лишь фрагменты, необходимые для формирования иммунного ответа. Главное отличие — в деталях. Во-первых, вместо яиц вирус выращивают в биореакторах, где клетки-«фабрики» размножаются либо в питательном растворе (суспензии), либо на микроносителях — крошечных частицах, увеличивающих площадь для роста. Во-вторых, очистка проходит без ультрацентрифугирования. Вместо этого применяют комбинацию фильтрации и хроматографии, что делает процесс более контролируемым и масштабируемым.
«Клеточная технология производства гриппозной вакцины представляет собой состоявшийся факт мировой индустриальной практики. Анализ научных публикаций показывает, что производительность клеточной и яичной технологий составляет 1 : 1000, то есть 1 л культуральной среды эквивалентен 1 тыс. эмбрионов. Годовая мощность одного отечественного производителя составляет 30 млн эмбрионов, для эквивалентного объема требуется 30 тыс. л культуральной среды. За счет исключения технологических этапов, связанных с куриными эмбрионами экономия по времени производственного процесса составляет около 20–25%», — объяснил П.Е. Вандышев.
Введение клеточной технологии в нашей стране пока ограничивают несколько факторов. В России еще нет собственных клеточных линий, подходящих для массового производства, а также высокопродуктивных вакцинных штаммов и реагентов для контроля качества. Кроме того, не хватает биореакторов для выращивания клеток, компонентов для питательных сред, систем мембранной фильтрации (насосов, фильтров, мембран) и промышленных хроматографов. И даже если оборудование появится, останется нерешенным вопрос обеспечения материалами: например, специальные смолы для хроматографии, включая мультимодальные (способные «ловить» целевые молекулы по нескольким параметрам), сегодня почти не производятся локально.
«Внедрение клеточной технологии гриппозной вакцины в отечественную индустриальную практику приведет к нескольким положительным эффектам. Во-первых, к надежному обеспечению населения современными гриппозными вакцинами и увеличению охвата вакцинацией. Технология на основе клеточных культур снимает сырьевую зависимость от куриных эмбрионов, производственный процесс и выход становятся более воспроизводимыми, отсутствие яичных белков снижает потери при очистке, профиль безопасности и иммуногенные свойства вакцины повышаются. Во-вторых, клеточные гриппозные вакцины обладают хорошим экспортным потенциалом. Например, вакцина SKYCellflu, SK Chemicals переквалифицирована ВОЗ. В-третьих, гриппозные вакцины на основе культур клеток служат надежной платформой для производства пандемических вакцин, так как технология позволяет осуществить и/или расширить производство до необходимых объемов с предсказуемыми сроками поставки вакцины на существующих производственных площадях. В-четвертых, клеточная технология гриппозных вакцин станет основой для создания индустриальной технологической платформы других вирусных вакцин и перспективных разработок для производства универсальной гриппозной вакцины», — заключил П.Е. Вандышев.
В данный момент клеточная технология пока не введена в России. Но, если учитывать усредненные показатели, в перспективе от семи до десяти лет Российская Федерация может осуществить технологический прорыв в области разработки и производства иммунобиологических препаратов для профилактики гриппа на новой технологической платформе. Для этого потребуется слаженная работа сразу нескольких научных коллективов и финансирование до 10 млрд. Но в результате наша страна и наши ученые смогут обеспечить экспортный потенциал современных, конкурентоспособных и востребованных препаратов на внешние рынки, так как и сегодня в мире продолжает существовать дефицит противогриппозных препаратов.
Материал подготовлен при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Источник изображения на главной и на странице: Freepik
