Leveren van vitale vaccins in de toekomst zonder eieren

Bestrijding van infectieziekten: vaccins zonder eieren

Vaccinaties zijn een zeer effectief middel tegen verschillende infectieziekten. Voor de productie van vaccins is momenteel elk jaar ongeveer een half miljard kippeneieren nodig. Maar dit kan in de toekomst veranderen. Onderzoekers hebben nu een nieuwe methode ontwikkeld waarmee sommige flavivirussen in de toekomst hoogst geconcentreerd zullen zijn in bioreactoren.

Onderzoekers produceren pathogenen in bioreactoren

De productie van vaccins vereist momenteel ongeveer een half miljard kippeneieren per jaar. Alleen al voor de productie van griepvaccins zijn er jaarlijks tot 500 miljoen eieren nodig. Bepaalde vaccins zouden echter in de toekomst zonder eieren kunnen worden geproduceerd. Onderzoekers van het Max Planck Institute (MPI) voor dynamica van complexe technische systemen in Magdeburg ontwikkelen methoden waarmee virussen kunnen worden vermeerderd voor vaccins met een aanzienlijk hogere concentratie dan voorheen. De wetenschappers produceren de ziekteverwekkers in celculturen in kleine bioreactoren.

Voor de productie van vaccins is momenteel elk jaar ongeveer een half miljard kippeneieren nodig. Dit kan in de toekomst veranderen. Duitse onderzoekers werken aan methoden die het mogelijk maken dat virussen zich sterk concentreren in bioreactoren. (Afbeelding: arcyto / fotolia.com)

Complicaties en knelpunten bij de productie van vaccins

Volgens een verklaring van het Instituut veroorzaakt vaccinproductie vaak complicaties en knelpunten.

Omdat de productie jaren van tevoren moet worden gepland, hebben veranderende vaccinatie-aanbevelingen, kwaliteitstekortkomingen of zelfs economische overwegingen van de weinige bedrijven in de vaccinmarkt verstrekkende gevolgen voor de aanvoer van beschermende stoffen.

Zo heeft het Centrum voor ziektebestrijding van de Verenigde Staten in april 2017 aangekondigd dat het enige gelicenseerde vaccin tegen gele koorts in de Verenigde Staten aan het einde van 2018 buiten dienst zou zijn.

Als een alternatief, hoewel een agent werd aangeboden die geen vergunning heeft in de VS, kan de beperkte beschikbaarheid van een effectief vaccin bij een epidemie gevaarlijk zijn..

Tijdens een gele koortsepidemie in Angola en Congo in 2016 raakten er bijvoorbeeld duizenden mensen besmet met de ziekte.

In die tijd werd de vaccinvoorziening van de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) zo schaars dat de helpers degenen met risico moesten vaccineren met slechts een vijfde van de gebruikelijke dosis.

Aanzienlijk hogere celconcentraties

Maar het leveren van enkele vitale vaccins zou in de toekomst veiliger kunnen worden.

Een team onder leiding van Yvonne Genzel en Alexander Nikolay van het Max Planck Instituut voor Dynamica van Complexe Technische Systemen werkt er aan om ervoor te zorgen dat de bovengenoemde problemen in de toekomst niet meer voorkomen.

De onderzoekers combineren verschillende benaderingen om Flavivirussen te produceren, waaronder het gele koorts- en zikavirus, onder optimale omstandigheden.

Ten eerste vermenigvuldigen de wetenschappers dierlijke cellen in een met voedingsoplossing gevulde bioreactor, die als gastheer voor de virussen dient.

De cellen vermenigvuldigen zich in suspensie, d.w.z. drijvend in de voedingsoplossing. Verbonden met de bioreactor is een apparaat dat regelmatig een deel van de oplossing afzuigt en terugpompt.

Een module met tientallen voedingsdoorlaatbare membraanslangen houdt de cellen terug, maar filtert gebruikte voedingsoplossing en afval uit de reactor.

Tijdens dit perfusieproces bepaalt een probe constant de concentratie van de cellen, waaraan de toevoer van vers voedingsmedium is aangepast.

De experts in de bioreactor bereiken celconcentraties die tot 75 keer hoger zijn dan de gebruikelijke standaard.

Vervolgens infecteren de wetenschappers de cellen met gele koortsvirussen. Ze gebruiken een andere truc om de hoogst mogelijke virusconcentratie te bereiken.

De onderzoekers gebruiken een ziekteverwekker die ze eerder hebben aangepast om zich bijzonder goed te kunnen voortplanten in dierlijke cellen.

De resultaten van de wetenschappers werden gepubliceerd in het tijdschrift "Applied Microbiology and Biotechnology".

Pas productie flexibeler aan aan de behoeften

"Onze vooruitgang is veelbelovend", zegt Yvonne Genzel, die een team leidt in de werkgroep Bioprocess Engineering aan het Max Planck Institute in Magdeburg..

"De nieuwe perfusiemethode maakt het mogelijk om virussen in een kleine ruimte in extreem grote hoeveelheden te genereren. We bereikten hogere virusniveaus voor Zika en gele koorts dan welke eerdere methode ook zou kunnen. "

Vooral kunnen perfusie-methoden geschikt zijn voor het produceren van grote hoeveelheden virussen als de virusopbrengst per cel erg laag is.

"Het zou goed zijn als deze techniek op grote schaal binnenkort door vaccinfabrikanten zou worden gebruikt", legt Udo Reichl uit, directeur van het Max Planck Instituut voor Dynamica van Complexe Technische Systemen en hoofd van de bioprocestechniekgroep.

"De methode moet het mogelijk maken om de productie flexibeler aan te passen aan de behoeften en uiteindelijk een efficiënt en economisch productieproces te vinden voor moeilijk te vermenigvuldigen virussen."

Bescherming tegen dodelijke infectieziekten

Flavivirussen worden meestal via muggen overgebracht op mensen en veroorzaken infectieziekten die, zoals gele koorts, dodelijk kunnen zijn.

Infectie met flavivirussen kan momenteel niet worden genezen, alleen medicijnen verlichten de symptomen. Vaccinaties kunnen echter beschermen tegen sommige van de ziekteverwekkers.

Sinds 1937 is er een levend vaccin tegen gele koorts, maar sinds de eerste productieprocessen zijn vastgesteld, is de productiemethode fundamenteel niet veranderd.

Farmaceutische bedrijven vermenigvuldigen nog steeds virussen in kippenembryo's. Van virussen zonder pathogene eigenschappen produceren ze vervolgens levende vaccins.

Aan de ene kant hebben ze eieren nodig die vrij zijn van contaminanten en andere agentia, aan de andere kant, de productie van een vaccin duurt ongeveer twaalf maanden op deze route.

Virussen voor tien miljoen vaccindoses binnen twee weken

In tegenstelling tot de nieuwe productiemethode, zal een bioreactor met een litercapaciteit toenemen in slechts twee weken zoveel gele koortsvirussen als nodig zijn voor tien miljoen vaccindoses.

"Helaas kunnen de virussen niet direct via het holvezelmembraan worden geoogst, omdat het membraan na verloop van tijd verstopt raakt", zegt Yvonne Genzel. "Daarom testen we ook andere perfusiesystemen zonder membraan."

Haar team onderzoekt ook hoe de perfusiemethoden werken met andere pathogenen zoals het griepvirus, het Japanse encefalitisvirus en het gemodificeerde vaccinia-Ankara-virus..

Dit laatste is een veelbelovende kandidaat voor het introduceren van genetisch materiaal in de cellen van levende wezens in gentherapie.

Kankerbehandeling vereist extreem hoge niveaus van virussen om artsen in staat te stellen deze methode te gebruiken om voorheen onbehandelbare tumoren te behandelen.

Als de perfusiemethode succesvol zou blijken te zijn in de geplande onderzoeken, dan zouden virussen gemakkelijker beschikbaar kunnen worden voor vele toepassingen. (Ad)