В каждой стране, где развита система здравоохранения, предусмотрен график вакцинации, обеспечивающий защиту населения от инфекционных заболеваний. При его разработке специалисты определяют стратегию профилактики инфекций, оценивают риски, связанные с заболеваниями, учитывают возрастные особенности и возможности производства вакцин. Как создаются эти препараты и какие возможности для инноваций существуют в уже налаженном процессе их производства? Об этом корреспондент «Научной России» узнал у заместителя директора ФГБУ «НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи», разработчика первой широко используемой четырехвалентной вакцины против гриппа «Ультрикс Квадри» Павла Евгеньевича Вандышева.
Павел Евгеньевич Вандышев — российский биотехнолог и руководитель фармацевтического направления. С марта 2021 года он является заместителем директора по развитию инфраструктуры ФГБУ «НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России. Образование получил в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева и Государственном университете управления. С 2013 года работал в ООО «ФОРТ», где в 2019 году, занимая должность генерального директора, возглавил разработку и вывод на рынок первой массовой четырехвалентной вакцины против гриппа «Ультрикс Квадри». Этот продукт стал важным элементом Национального календаря профилактических прививок (было произведено 7,5 млн доз в 2020 году) и экспортировался в Казахстан (1,1 млн доз). За заслуги в этой области Павел Евгеньевич был удостоен премии им. академика В.Ф. Уткина и получил звание «Почетный гражданин Рязанской области».
В России вакцинация осуществляется в рамках Национального календаря профилактических прививок (НКПП). Эта система состоит из двух направлений. Первое – обязательный НКПП, который обеспечивает защиту от двенадцати инфекций, включая корь, грипп, туберкулез, полиомиелит и ряд других. Второе – календарь прививок по эпидемическим показаниям (КПП), применяемый при возникновении очагов опасных инфекций. Он охватывает уже шестнадцать заболеваний и действует локально – для жителей территорий с неблагоприятной эпидемиологической обстановкой или лиц, чья профессиональная деятельность связана с риском заражения (например, ветеринары, работники лесного хозяйства и др.). Финансирование НКПП полностью осуществляется государством, поскольку массовая вакцинация является защитой не только для конкретного человека, но и для всего общества. Даже при отсутствии активной инфекции в регионе, прививки проводятся заранее, чтобы предотвратить ее повторное появление.
Как осуществляется технология производства вакцин от гриппа? Процесс начинается с использования куриных эмбрионов, которые служат своеобразными биологическими фабриками. В них культивируется вирус гриппа, который впоследствии становится основой вакцины. Затем начинается сложный этап инактивации М-для удаления примесей с использованием мембранных фильтров и ультрацентрифугирования (эта процедура подразумевает использование крупномасштабного оборудования, такого как центрифуга, заполненная сахарным раствором). Полученный субстрат очищают от нежелательных компонентов и разделяют на составляющие части. В результате формируются субъединичные или фрагментированные вакцины, содержащие вирусные белки каждого штамма, одобренного Всемирной организацией здравоохранения, которые затем используются для создания готовых вакцин (трехвалентных или четырехвалентных). Кроме того, при производстве адъювантных вакцин добавляют адъювант – вещество, которое стимулирует иммунный ответ при низком содержании в составе вакцины гемагглютинина, основного целевого белка.
«Культивирование вируса гриппа на куриных эмбрионах используется уже около 70 лет и не претерпело значительных изменений. Вируссодержащая аллантоисная жидкость извлекается из эмбриона и служит основой для последующих этапов. Продуктивность и экономичность производства напрямую зависят от концентрации вируса в аллантоисной жидкости. Разные производители гриппозной вакцины используют фирменные протоколы очистки, многие технологические решения которых защищены патентами. Главная задача заключается в удалении яичного дебриса и крупных белков куриного эмбриона. Для дополнительной очистки и выделения вируса гриппа применяется зональное ультрацентрифугирование в градиенте плотности — это общепринятый промышленный стандарт для гриппозных вакцин. Ультрацентрифуги играют ключевую роль в современной технологии производства гриппозных вакцин. Любые сбои в работе центрифуг, а также ограничения, касающиеся доступности запасных частей, технического обслуживания, обновления программного обеспечения и т.д., оказывают крайне негативное влияние на производителей вакцин, особенно в период пандемии, — отметил П.Е. Вандышев.
Ежегодно в рамках национальной программы вакцинопрофилактики производится 65 миллионов доз противогриппозных вакцин. Среди них 15 миллионов доз составляют современная четырехвалентная вакцина «Ультрикс Квадри». Оставшиеся 50 миллионов доз – это трехвалентные препараты «Совигрипп» и «Флю М», используемые для вакцинации взрослых. Производство такого количества вакцин требует примерно 2000 граммов гемагглютинина — основного белка вируса гриппа, который запускает иммунный ответ.
В современной российской технологии производства вакцин на основе яиц возможно увеличение выхода гемагглютинина в 2–2,5 раза — до 4050–5400 г в год. Этот объем сырья способен обеспечить производство от 68 до 90 млн доз четырехвалентной вакцины (с содержанием 60 мкг белка на дозу) или от 90 до 120 млн доз трехвалентной версии (с содержанием 45 мкг на дозу). Продолжительность производственного цикла составляет 30 недель и охватывает период с апреля по октябрь. Три российских производителя совместно закупают до 3 млн куриных эмбрионов еженедельно, используя их в качестве «биореакторов» для культивирования вирусных штаммов. За сезон закупается приблизительно 90 млн эмбрионов.
Яичная технология, несмотря на разработанную методику, сталкивается с определенными ограничениями. Прежде всего, она зависит от биоматериала: для обеспечения постоянного поступления эмбрионов необходима тесная взаимосвязь с птицеводческими предприятиями. Кроме того, производственное оборудование и инфраструктура нуждаются в периодическом обновлении для увеличения производительности. В заключение, иммуногенность вакцин, созданных на основе куриных эмбрионов, в некоторых случаях может быть ниже, чем у клеточных аналогов — особенно среди пожилых людей или пациентов с ослабленным иммунитетом.
«В 1995 году Всемирная организация здравоохранения рекомендовала разработать альтернативную систему культивирования вируса. В отличие от яичной технологии, клеточная позволяет производителям вакцин быстрее адаптироваться к сезонным изменениям штаммового состава, сокращать производственные циклы, обеспечивать более надежный контроль процесса с гарантированным выходом и получать продукт с улучшенными свойствами. Использование клеточных технологий для производства инактивированных гриппозных вакцин позволяет обойти ограничения, связанные с традиционной яичной технологией. Клеточные линии постоянно доступны, могут храниться неограниченно долго (в виде клеточного банка) и оперативно использоваться для производства вакцины, что исключает зависимость от поставок эмбрионов, — отметил П.Е. Вандышев.
В клеточной технологии, как и в традиционном методе производства вакцин на основе яиц, выделяют три основных этапа: культивирование вируса, его очистка и создание безопасного лекарственного средства. Для инактивации вирусных частиц используют детергенты, которые разрушают их структуру и оставляют только те фрагменты, которые необходимы для стимуляции иммунного ответа. Основное различие заключается в нюансах. Прежде всего, вместо яиц вирус культивируется в биореакторах, где клетки-«производители» размножаются либо в жидкой среде (суспензии), либо на микрочастицах-носителях, увеличивающих площадь для роста. Кроме того, этап очистки осуществляется без использования ультрацентрифугирования. Вместо этого применяется сочетание фильтрации и хроматографии, что обеспечивает более точный контроль над процессом и его возможность масштабирования.
«Клеточные технологии производства гриппозной вакцины широко применяются в мировой промышленности. Согласно результатам анализа научных работ, производительность клеточных и яичных технологий оценивается как 1:1000, что означает, что 1 литр культуральной среды заменяет 1000 эмбрионов. Для производства эквивалентного объема в 30 млн эмбрионов, который является годовой мощностью отечественного производителя, необходимо 30 тысяч литров культуральной среды. Исключение этапов, связанных с использованием куриных эмбрионов, позволяет сократить время производственного цикла примерно на 20–25%, — отметил П.Е. Вандышев.
Внедрение клеточных технологий в России сдерживается рядом ограничений. В стране отсутствуют собственные клеточные линии, пригодные для масштабного производства, а также высокопродуктивные штаммы вакцин и реагенты, необходимые для контроля качества. Помимо этого, ощущается дефицит биореакторов для культивирования клеток, компонентов для составления питательных сред, систем мембранной фильтрации (включая насосы, фильтры и мембраны) и промышленных хроматографов. Даже при наличии необходимого оборудования остается нерешенной проблема обеспечения материалами: например, специальные смолы для хроматографии, в том числе мультимодальные (способные захватывать целевые молекулы по нескольким признакам), практически не производятся в России.
«Внедрение клеточной технологии производства гриппозных вакцин в отечественное производство позволит добиться ряда положительных результатов. Прежде всего, это обеспечит надежное снабжение населения современными вакцинами и повысит уровень вакцинации. Использование клеточных культур устраняет зависимость от куриных эмбрионов в качестве сырья, делает производственный процесс и выход продукции более стабильными, а отсутствие яичных белков уменьшает потери при очистке. Кроме того, улучшаются профиль безопасности и иммуногенные свойства вакцины. Во-вторых, клеточные гриппозные вакцины имеют значительный экспортный потенциал. 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 настоящее время клеточная технология не применяется в России. Однако, исходя из средних показателей, через семь-десять лет Российская Федерация может добиться значительного прогресса в создании и выпуске иммунобиологических препаратов для профилактики гриппа, используя новую технологическую платформу. Для реализации этой задачи потребуется скоординированная работа нескольких научных групп и финансирование в размере до 10 млрд рублей. В конечном итоге, это позволит нашей стране и российским ученым создать экспортный потенциал современных, конкурентоспособных и востребованных препаратов, поскольку в мире по-прежнему наблюдается нехватка противогриппозных средств.
Материал создан при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации