此次新冠疫情,促使mRNA疫苗再次推向焦点。这种疫苗被评为划时代的,它不需要将灭活或减活病毒注射进人体,而是通过人造基因片段,来模仿病毒攻击,调动人体的免疫反应。这一技术将广泛的应用在癌症治疗等生物医药领域。
目前,世界上还只有美国的辉瑞公司和莫德纳公司,将mRNA疫苗投入市场。中国的mRNA疫苗正在进行临床测试。
纽约时报将辉瑞公司的mRNA疫苗制造过程首次公开了,我们终于可以看到科学家像巫师一样,在细胞里修剪搭建了一个全新世界。以下图文来自其报道。
步骤 一、从冷库中提取DNA
第一步事提取新冠病毒(以下简称病毒)的DNA。技术人员会从主细胞库中提取病毒DNA。这里所说的DNA中会涵盖名为质粒的DNA小环,也是疫苗的原料,会被技术人员提取后保存在-150℃ 小实验瓶中。这里的质粒就是病毒基因,通常一旦接触到了这种基因,人类自我本身将会生物反应,并且会构造病毒蛋白,以至于形成免疫系统。
之后技术人员将会把解冻了的质粒注入进一批已经做了人工调整了的大肠杆菌里,从而使大肠杆菌把质粒带入自己细胞里。
通常情况下一小瓶装满质粒的实验瓶能够用来生产5000万剂疫苗。
步骤二:促使细胞成长繁殖
涵盖了大肠杆菌以及质粒的细胞将会被装在实验瓶中,并且在一种温暖无菌的琥珀色生长培养基的烧瓶中生长与繁殖。
步骤三:发酵混合物(细菌)
以上提到的细菌会被给予一晚的时间进行生长繁殖,然后会被转移至一个拥有300升的营养液里,并且存放四天。在此期间,每20分钟细菌就会繁殖一次,并且复制数以万亿个DNA质粒。
步骤四:采集并净化DNA
发酵过程在经历了四天后,研究人员将会往里注入一种化学物质来分解细菌的细胞墙,随后会净化混合物,并且最终提取到仅留的质粒。
步骤五:质量检测
被提取出来的质粒将会被技术人员通过和之前的样品进行对比,以确认刚刚生产的质粒的病毒基因序列并未出现变异,并且能够被用于生产疫苗。
步骤六:切割质粒
如果质粒顺利通过了质量检测,技术人员将会再往混合物里面加入一种为酵素的蛋白质。加入这种酵素的主要目的是把环状质粒切割开来,把病毒基因从环状状态切割成直线段。以上过程又被成为线性化,大约需要两天时间完成。
步骤七 :净化DNA
技术人员将会再一次给已经很纯了的混合物进行净化,用于滤出任何残留的细菌或质粒片段。最终生产结果为一升的纯净病毒DNA。
技术人员会再次测试这一升净化了的DNA的基因序列,并且将其作为下一阶段的模板。截止到这里,每一瓶DNA能够用来生产150万剂疫苗。
虽然以上进行的步骤都是在辉瑞公司的美国切斯特菲尔德工厂进行的。
虽然辉瑞公司的美国切斯特菲尔德工厂是惟一的质粒来源,并且以上步骤均从此工厂完成,但其余的生产疫苗步骤将会在两个不同的工厂完成。
步骤八:运输
在运输前每瓶DNA都会被冷冻、装袋、密封,并且随时随刻都会被一个小型监控器监视其运输过程中的温度。
48个装有DNA的瓶子会被放入一个装有足够干冰的容器里,以确保所有的瓶子在容器内都会处于-20摄氏度冷冻状态。容器将随后被转运到辉瑞公司在美国另一家位于美国马萨诸塞州安多弗的生产工厂。
安多弗工厂主要任务是把病毒DNA转换成RNA信使,又称作为mRNA,这是辉瑞BioNTech疫苗的活性成分。
其余含有病毒DNA瓶子将会被送往德国美因茨的BioNTech工厂,并在那里进行加工以及分配给欧洲市场。
步骤九: 进行DNA到mRNA的转变
美国马萨诸塞州安多弗的生产工厂平均每天解冻5瓶DNA,并且掺入由信使RNA组成的部分混合。
数小时内,酵素将会撬开DNA模板并转化其成为信使RNA,mRNA。最终产出的疫苗将会携带这种mRNA进入人体。人类本体细胞将会读取病毒基因并且自我生产病毒蛋白,又称为病毒抗体。
混合物将会被移入到一个储罐里,并且通过过滤将去除无用的DNA、酵素、以及其他混杂物质。现在生产的每一批能够生产多至750万剂疫苗。
步骤十: mRNA检测
辉瑞-BioNTech疫苗是第一批被批准能够在紧急情况下使用的mRNA疫苗。分析专家在此反复测试过滤后的mRNA以确保其出精度以及基因序列是否准确。最终结果能生产出来10袋病毒mRNA,并且每袋约为16升并且可用来生产75万剂疫苗。
步骤十一:冷藏、打包和再次运输
mRNA包冷冻到零下20度,然后运到辉瑞在密歇根的工厂。将会在那里做成疫苗,然后再把样本运回来检测。
步骤十二:准备mRNA
收到mRNA的包裹后,保持冷冻直到需要用时。每个包能个制造60万瓶,360万剂的疫苗。
步骤十三:准备脂质
同时,另一个步骤也在进行,准备脂质(Lipids)——这种物质能保护mRNA进入人体细胞时不会被破坏。
步骤十四:制作mRNA疫苗
这是魔术发生的地方。一组16个泵组成的机器(碰撞喷射混合器IJM[1],德国KNAUER,关于此设备感兴趣的可以联系我),精确的控制着mRNA和脂质,将他们混合成脂质纳米粒。
当脂质和mRNA 片段相遇时,电级以毫微秒的速度将他们聚集起来,mRNA 片段就被纳米脂肪粒包裹起来了,形成一个疫苗颗粒。
德国KNAUER碰撞喷射混合器
辉瑞全球供应总裁迈克·麦克德莫特(左)在辉瑞工厂介绍用于疫苗生产的IJM(碰撞喷射混合器)装备
步骤十五:准备疫苗瓶
清洗和高温消毒疫苗瓶,13部高速摄像机在盯着流水线,每一个瓶子都要拍超过100张照片,有裂缝、碎片和其他问题的,都能迅速从生产线踢出去。
步骤十六:罐装疫苗
机器将0.45毫升疫苗注射到一个瓶子,稀释后,成为6个剂量的疫苗。生产线每分钟能包装575个瓶子。
上图是成品的疫苗结构。
步骤十七:打包、冷藏和测试
灌注完的疫苗经过检查,贴上标签,然后放进盒子里打包。所有盒子要再冷冻数天,降温到零下70度的极冷温度。与此同时,该批次的疫苗要送去做检测。
步骤十八:打包和运输成品疫苗
数周的测试后,合格的疫苗可以运输了。盒子里装上了温度计,实时监测温度是否达标。每个盒子里有45磅的干冰。
最后一步:打疫苗