Vaccins & Co: Hydrogel in plaats van dure koeling

Bij verhitting kan het in de prullenbak worden gegooid: sommige vaccins en andere medische materialen kosten miljarden om te koelen, en grote hoeveelheden worden onbruikbaar door temperatuurschommelingen. De onderzoekers bieden nu een mogelijke oplossing voor het probleem: ze hebben een hydrogel ontwikkeld als opslagmedium voor de actieve eiwitcomponenten, die zich als een beschermende laag om het materiaal wikkelt en het zo duurzaam kan maken zonder koeling. Om te gebruiken, kan het gemakkelijk worden vrijgegeven met een onschadelijk oplosmiddel. Ontwikkelaars zeggen dat het concept het potentieel heeft om verliezen en leveringsproblemen te verminderen, vooral in de vaccinsector.

Vaccins op basis van de effecten van dode of onschadelijke eiwitten of virussen zijn effectief gebleken om ons te beschermen tegen infectieziekten en de verspreiding en verdere ontwikkeling ervan te beperken. Een uitdaging is echter soms het verplaatsen van actieve ingrediënten van fabrikanten naar afgelegen locaties. Net als bij andere eiwitstoffen zoals enzymen, is temperatuur het meest problematische aspect. Want de meeste van hen moeten constant onder de tien graden Celsius blijven om hun effectiviteit te behouden.

Bijbehorende koeling gaat gepaard met enorme kosten: in 2020 is naar schatting 17,2 miljard dollar uitgegeven aan koelketens en wordt een nieuwe aanzienlijke stijging verwacht. Ondanks de inspanningen eisen logistieke problemen een zware tol: veel van de actieve eiwitcomponenten belanden in de prullenbak. Vooral in landen met een slechte infrastructuur kunnen koudeketens vaak niet ononderbroken worden onderhouden en worden waardevolle materialen onbruikbaar. Tegen deze achtergrond werkt het onderzoeksteam onder leiding van Bruno Marco Dufort van het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Zürich aan de ontwikkeling van alternatieve methoden om de actieve ingrediënten te beschermen tegen temperatuurschommelingen.

READ  Paleontologists have probably found the largest dinosaur of all time

Polymeren houden eiwitten op hun plaats

Het concept dat ze nu presenteren is gebaseerd op het invriezen van biodeeltjes, zodat ze bij blootstelling aan hitte niet meer met elkaar kunnen interageren. Marco-Dufort legt de achtergrond uit: “Je moet je het probleem voorstellen zoals bij het ei-eiwit: bij kamertemperatuur of in de koelkast behoudt het de stroperige eiwitstructuur. Maar in kokend water of in een pan verandert dit volledig. De situatie is vergelijkbaar voor de eiwitten in het vaccin: eenmaal blootgesteld aan bepaalde temperaturen klonteren ze samen. Deze klontering kan niet worden teruggedraaid, zelfs niet als het inoculum opnieuw wordt gekoeld. Je kunt tenslotte geen ei meer uitbroeden”, zegt Marco Dufort.

Om aankoeken te voorkomen hebben wetenschappers een speciale formule ontwikkeld voor de zogenaamde hydrogel. Een biocompatibel polymeer op basis van polyethyleenglycol (PEG) zorgt voor de stabiliteit van de actieve ingrediënten. Het vormt een soort verpakking die eiwitten inkapselt en van elkaar scheidt. Hierdoor kunnen ze aanzienlijk hogere temperaturen weerstaan ​​zonder hun effectiviteit te verliezen: in plaats van het traditionele bereik van twee tot acht graden Celsius, zorgt het hydrogelsysteem ervoor dat de eiwitten bestand zijn tegen temperaturen tot 65 graden Celsius, rapporteren de onderzoekers.

Brede toepassingsmogelijkheden

Het is duidelijk dat het vrijkomen van ingekapselde stoffen op de plaats van gebruik ook geen probleem is: het enige wat je hoeft te doen is een onschadelijke glucose-oplossing aan de hydrogel toe te voegen. Vervolgens interageren de suikermoleculen met de componenten van het PEG-netwerk, waardoor ze oplossen. De onderzoekers hebben al laten zien dat het systeem werkt met verschillende eiwitstoffen, waaronder warmtegevoelige enzymen en een op eiwit gebaseerd vaccin. Er is ook aangetoond dat het systeem type 5 adenovirussen thermisch kan stabiliseren. Deze virussen worden steeds belangrijker bij de ontwikkeling van vaccins als dragers van genetische moleculen. Recombinante adenovirusvectoren zijn ook gebruikt in de strijd tegen COVID-19.

READ  Dampen van zware metalen ontdekt rond kometen - Wissenschaft.de

Directe toepassing van het systeem is volgens de onderzoekers al mogelijk bij het transport van warmtegevoelige enzymen. De onderzoekers zeggen echter dat er nog steeds veiligheidstests en klinische studies nodig zijn voordat de methode kan worden gebruikt in de vaccinatiesector. Zoals ze in de conclusie benadrukten, kan hier veel winst uit worden gehaald: “De temperatuurgevoeligheid van vaccins is een groot obstakel voor wereldwijde campagnes, omdat de inspanningen voor de distributie van vaccins en de administratieve kosten de productiekosten overtreffen”, zegt Marco Dufort. “Als je koudeketens wilt verbeteren, zijn enorme investeringen nodig. Aan de andere kant is verpakkingen een kostenbesparende oplossing, zodat het geld kan worden gebruikt om meer vaccins te produceren – wat meer levens kan redden.”

Bron: Zwitsers Federaal Instituut voor Technologie in Zürich, gespecialiseerd artikel: Science Advance, doi: 10.1126/sciadv.abo0502

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *