The New York Times, April 28, 2021

How Pfizer Makes Its Covid-19 Vaccines.
E. Cott, et al.: The New York Times, April 28, 2021

Pfizer の Covid-19 ワクチン製造法
E. エマコット、他：ニューヨーク・タイムズ、2021 年 4 月 28 日
ミズーリ州 Chesterfield にある工場では、何兆ものバクテリアが、Pfizer-BioNTech ワクチンの原料であるコロナウイルス遺伝子を含む小さな DNA 環を製造している。この DNA 環の製造には 60 日を要し、3 つの州にある Pfizer 工場が関連する複雑な製造・検査工程への開始工程となる。これらの結果が、何百万回ものワクチンが冷凍されて、出荷できる状態となる。

Step 1 冷蔵から DNA の引出し
Pfizer 社の全ての Covid-19 ワクチンの出発原料となる DNA を含む小容器（DNA バイアル）を細胞冷凍保管庫から取り出す。このバイアルは–150℃以下に保たれ、この中にはプラスミドと呼ばれる小さな DNA 環が含まれており、各プラスミドにはコロナウイルス遺伝子が組み込まれている。

このプラスミドが、ヒト細胞がコロナウイルスタンパク質を産生し、ウイルスに対する免疫応答を引き起こすための遺伝的設計書となる。

プラスミドを解凍し、一つのバッチの大腸菌を改変し、プラスミドをその細胞内に導入する。

The New York Times, April 28, 2021

1 つの DNA バイアルで、最終的に最大 5,000 万回分のワクチンが製造できる。

Step 2 改変細菌の育成
形質転換した大腸菌を、無菌で温度調整された琥珀色の増殖培地を入れたフラスコに移し、フラスコを振って掻き混ぜる。

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Step 3 混合物の発酵
大腸菌を一晩増殖させ、次に、最大 300 リットルの栄養液を含む大きな発酵槽に移す。大腸菌は発酵槽で 4 日間培養し、20 分ごと分裂・増殖するので、何兆もの DNA プラスミドのコピーを作成する。

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Step 4 DNA の収穫と精製発酵が完了すると、化学物質を追加して大腸菌細胞を破壊し、細胞からプラスミドを放出させる。次に、この混合物を精製して細菌の構成物を除去し、プラスミドのみを取り出す。

Step 5 品質のテスト
プラスミドの純度を検査し、出発源の DNA 試料と比較して、コロナウイルスの遺伝子配列が変化していないことを確認する。

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Step 6 プラスミドの切断
プラスミドが品質検査に合格すると、タンパク質酵素を混合物に添加する。酵素は環状プラスミドを切断し、コロナウイルス遺伝子を線状断片として分離する。この線状化プロセスは、約 2日を要する。

Step 7 DNA のろ過・精製

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残留している大腸菌やプラスミド断片は全てろ過・除去され、1L ボトルの精製 DNA が得られる。DNA 配列は再度検査され、次の段階のプロセスの mRNA の鋳型として機能する。DNAの各ボトルは約 150 万回分のワクチンを生産する。
Chesterfield 工場は、Pfizer 社の Covid-19 ワクチン用プラスミドの唯一の供給源である。しかし、ワクチンを完成させるには、他の 2 つの工場で、さらにいくつかのステップが必要となる。

Step 8 凍結、梱包、発送DNA 断片の各ボトルは凍結され、袋に入れられ、密封され、輸送中の温度を記録する小さなモニターとともに、梱包される。
最大 48 本のボトルが、–20℃で凍結状態を維持するのに十分な量のドライアイスが入ったコンテナに詰められる。このコンテナは改ざんを防ぐために施錠され、マサチューセッツ州
Andover の Pfizer 研究・製造工場へ発送される。
Andover 工場は、DNA を PfizerBioNtech・ワクチンの有効成分である mRNA に加工する。
その他のボトルは、ドイツの Mainz にある BioNtech 工場に送られ、ヨーロッパやその他の市場向けに加工される。

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Step 9 DNA の mRNA への転写
Andover 工場内では、黄色の壁が mRNA 製造設備であることを示している。5 袋の DNA を1 日かけて解凍し、mRNA の構成要素と混合する。数時間かけて、酵素は鋳型 DNA を開鎖し、mRNA 鎖に転写する。
転写 RNA の混合物を貯蔵タンクに移し、ろ過して不要な DNA、酵素、その他の不純物を取り除く。各バッチは、最終的に最大 750 万回分のワクチンを生成する。完成されたワクチン内のmRNA がヒト細胞に取り込まれると、コロナウイルス遺伝子を読み取り、コロナウイルスタンパク質の産生を開始することとなる。

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Step 10 mRNA の検査
Pfizer-BioNTech ワクチンは、ヒトへの緊急使用が許可された最初の mRNA ワクチンであった。ろ過・精製された mRNA を繰り返し検査して、その純度を確認し、遺伝子配列が正しいことを確認する。
生産されたコロナウイルス mRNA は 10 袋である。各袋は 16L を保持し、約 750,000 回分のワクチン原料となる。

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Step 11

凍結、梱包、発送（再度）mRNA を保持している袋は–20℃に凍結され、ミシガン州 Kalamazoo の Pfizer 工場に送られ、そこで完成したワクチンに加工され、バイアルに包装される。サンプルは Pfizer のChesterfield 工場にも送り返され、そこで再度検査される。
Andover 工場は、週に 2 バッチの mRNA を生成でき、それぞれ約 10 袋が生産できる。この工場の設備は昨年 7 月に最初の試験バッチを製造し、最近、2 番目の設備を追加して mRNA 生産量を 2 倍とした。
ドイツの Mainz での生産プロセスでは、Chesterfield 工場からの DNA を処理し、ろ過されたmRNA の袋をベルギーの Puurs に送る。

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Step 12 mRNA の調整
Kalamazoo 工場は、mRNA の袋を受け取り、必要になるまで凍結状態を維持される。360 万回分のワクチン、つまり 60 万本のバイアルを製造するのに十分な量を解凍する。解凍したmRNA を水と混ぜてワクチンを作ってい

Step 13脂質の調整別工程で、mRNA を保護し、それをヒト細胞に導入するための油性脂質を調整する。脂質が測量され、エタノールと混合される。エタノールは最終的には、完成したワクチンから除去される。

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Step 14 mRNA ワクチンの組み立て
16 個のポンプから構成される送液システムが、mRNA と脂質分子の両溶液の流量を正確に制御し、それらを混合して脂質ナノ粒子を作成する。
脂質分子が裸の mRNA 鎖と接触すると、電荷によって互いに引き寄せられてナノ秒以内で脂質粒子を形成する。mRNA は脂質のいくつかの層に包まれており、油性・保護性のワクチン粒子を形成する。
8 ペアのポンプを同期させることは理想的な解決法ではないが、Pfizer 社のエンジニアは、より大きな実証されていないタイプの精密混合装置を構築するのではなく、既存の技術をスケールアップすることを選択した。
新しく作られたワクチンは、エタノールを除去するためにろ過され、濃縮され、不純物を除去するために再度ろ過され、最後に滅菌される。

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Step 15

バイアルの準備何十万もの空バイアルが洗浄され、熱滅菌される。
13 台のカメラのセットが高速の可視検査を実行し、各バイアルについて 100 枚以上の写真を撮影する。ひび、欠け、またはその他の欠陥のあるバイアルはすべて製造ラインから削除される。別の機械が各バイアルを真空下に置き、漏れがないことを確認する。

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Step 16

バイアルへの高速充填

バイアルの流れは単一ファイル行に狭められる。自動化機械は、0.45 ml の濃縮ワクチン溶液を各バイアルに注入する。これは、希釈後 6 回の投与に十分な量である。バイアルは、毎分最大575 バイアルのペースで、ホイルで密封され、紫色の蓋で覆われる。
ワクチンは冷却されますが、バイアル詰めプロセス中に急速に温まり、長時間凍結しないとmRNA が劣化する。Kalmazoo では、液体ワクチンをバイアルに入れてから急速凍結するまでの時間は約 46 時間と限られている。

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Step 17

パッケージ化、凍結、テスト充填されたバイアルは再度検査され、ラベルが付けられて「ピザボックス」に梱包される。これは、それぞれ 195 本のバイアルを保持する小さなプラスチックトレイである。
トレイは 5 つごとに束ねられ、350 台の産業用冷凍庫の 1 つにロードされる。各冷凍庫は 300個のトレイを保持する。
ワクチンが長期保管に必要な–70℃に達するには数日かかる。各冷凍庫は、すべての棚がその超低温を維持できていることを確認する検査が行われる。
凍結すると、ワクチンのバイアルは 4 週間の検査のために保管される。サンプルは、mRNAを生成した Andover 工場と、鋳型 DNA を供給した Chesterfield 工場に送り返される。
Pfizer は現在、製造の開始から終了まで 60 日間のタイムラインで運用されており、その時間の半分以上が検査に費やされている。

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Step 18

完成したワクチンの梱包と発送数週間の検査の後、ワクチンを出荷する準備が整う。作業員は冷凍庫からトレイを引き出し、温度センサーと位置センサーを備えた配送ボックスに梱包する。最小注文は 195 バイアルの 1トレイで、ボックスには最大 5 つのトレイを収納できる。
各ボックスには 45 ポンドのドライアイスが含まれている。Pfizer の Kalamazoo 工場では、現在、敷地内でドライアイスを製造している。Pfizer はまた、極低温保管を必要としない凍結乾燥およびすぐに使用できるバージョンを含む、ワクチンのさまざまな製剤を評価している。
ワクチンの商業生産は 2020 年 9 月に始まった。2021 年 4 月 22 日の時点で、この工場は 1 億5000 万回以上のワクチンを米国に届けた。Pfizer は、5 月末までに 2 億 2000 万回、7 月中旬までに 3 億回の投与を見込んでいる。

Step 19ワクチンの投与

米国では、成人の半数以上である約 1 億 4,100 万人が、少なくとも 1 回の Covid-19 ワクチンの接種を受けている。 世界中で 10 億回以上の投与が行われている。
ロサンゼルス市は、上記のドジャースタジアムで集団予防接種サイトを主催している。 2 月 5日、医療従事者は、mRNA を使用して免疫を構築する Moderna ワクチンを数千回接種した。
（Moderna 社は彼らの工場・施設への撮影アクセスを提供することを拒否した。
）
Johnson & Johnson 社の単回接種ワクチンは、アデノウイルスを使用して DNA をヒト細胞に運ぶ。Emergent BioSolutions が運営する Baltimore 工場では、汚染の可能性があったため、最大 1,500 万回分の Johnson＆Johnson のワクチンを廃棄する必要があった。

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次のステップ変異体のためのワクチン

現在、流行しているコロナウイルス変異体の多くは、スパイクタンパク質に重要な変異があり、ウイルスがヒト細胞により強く結合したり、ある種の抗体を回避したりする。
Pfizer と BioNTech は、最近の亜種に対するワクチンの新しいバージョンを開発および試験をしており、最終的には遺伝子レシピを変更して、特定の亜種を標的とする Covid-19 ワクチンを大量生産する可能性がある。
そのために、Pfizer はワクチン製造の開始地であり、DNA リングを凍結状態に保っている細胞冷凍保管庫のある Chesterfield に立ち戻っている。
変更されたコロナウイルス遺伝子を運ぶ DNA の新しいバッチは、最終的にわずかに異なるワクチンを生成する可能性がある。これは、免疫系が最近のコロナウイルスの突然変異をよりよく認識することを促進する。