การประยุกต์ใช้สายการผลิตวัคซีนผงแห้ง

อนาคตของวัคซีน: วัคซีนผงแห้งจะปฏิวัติเสถียรภาพและการเข้าถึงได้อย่างไร

การระบาดใหญ่ของ COVID-19 ทำให้วิทยาศาสตร์เกี่ยวกับวัคซีนกลายมาเป็นหัวข้อสนทนาสำคัญระดับโลก เราได้เห็นถึงความเร็วที่น่าเหลือเชื่อในการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น วัคซีน mRNA เพื่อต่อสู้กับภัยคุกคามระดับโลก อย่างไรก็ตาม ความสำเร็จครั้งนี้ยังเผยให้เห็นจุดอ่อนที่สำคัญในโครงสร้างพื้นฐานด้านสุขภาพระดับโลกของเรา นั่นคือ ห่วงโซ่ความเย็น ความท้าทายด้านลอจิสติกส์ในการขนส่งและจัดเก็บวัคซีนที่อุณหภูมิต่ำเป็นพิเศษ (ต่ำถึง -70 องศาเซลเซียส)^[1]สร้างอุปสรรคมากมาย โดยเฉพาะในพื้นที่ห่างไกลและกำลังพัฒนา แต่จะเป็นอย่างไรหากเราสามารถขจัดการพึ่งพาอุณหภูมินี้ได้ จะเป็นอย่างไรหากวัคซีนที่ล้ำหน้าที่สุดในโลกสามารถเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องได้หลายเดือนโดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ นี่ไม่ใช่เรื่องนิยายวิทยาศาสตร์ แต่เป็นความจริงที่เป็นจริงได้ด้วย ผงแห้งสูตรการเปลี่ยนแปลงเกมที่พร้อมจะกำหนดนิยามใหม่ของการเข้าถึงวัคซีนสำหรับทุกคนทุกที่

ปริศนาห่วงโซ่ความเย็น: ระบบที่มีราคาแพงและเปราะบาง

ก่อนที่เราจะเจาะลึกถึงวิธีแก้ปัญหา เราต้องเข้าใจปัญหาเสียก่อน “ห่วงโซ่ความเย็น” คือห่วงโซ่อุปทานที่มีการควบคุมอุณหภูมิ สำหรับวัคซีนที่ช่วยชีวิตได้หลายชนิด นั่นหมายถึงชุดหน่วยจัดเก็บและขนส่งแบบแช่เย็นหรือแช่แข็งที่ต่อเนื่องกันตั้งแต่โรงงานผลิตไปจนถึงแขนของผู้ป่วย

ระบบนี้เต็มไปด้วยความท้าทาย:

• ต้นทุนที่สูงเกินไป: การสร้างและดูแลรักษาห่วงโซ่ความเย็นที่เชื่อถือได้นั้นต้องมีการลงทุนอย่างมากในตู้แช่แข็งเฉพาะทาง ยานพาหนะแช่เย็น และอุปกรณ์ตรวจสอบ
• ความซับซ้อนด้านโลจิสติกส์: การหยุดชะงักของห่วงโซ่อุปทาน ไม่ว่าจะเป็นไฟฟ้าดับ อุปกรณ์ขัดข้อง หรือข้อผิดพลาดของมนุษย์ อาจทำให้วัคซีนที่จัดส่งทั้งหมดไร้ประโยชน์ได้ ความเสี่ยงนี้จะยิ่งทวีความรุนแรงขึ้นในภูมิภาคที่มีไฟฟ้าไม่เสถียรหรือภูมิประเทศที่ท้าทาย
• การเข้าถึงจำกัด: การพึ่งพาแหล่งจ่ายไฟฟ้าที่สม่ำเสมอทำให้การแจกจ่ายวัคซีนมีข้อจำกัด โดยมักทำให้ชุมชนชนบทและชุมชนที่มีรายได้น้อยต้องถูกทิ้งไว้ข้างหลัง ประชากรกลุ่มที่เปราะบางที่สุดมักเป็นกลุ่มที่เข้าถึงได้ยากที่สุด

ข้อจำกัดเหล่านี้ถูกเน้นย้ำอย่างชัดเจนในการเปิดตัววัคซีน mRNA สำหรับ COVID-19 ในช่วงแรก ถึงแม้ว่าวัคซีน mRNA จะมีประสิทธิภาพอย่างก้าวกระโดด แต่ข้อกำหนดการจัดเก็บที่เข้มงวดทำให้การเข้าถึงวัคซีนเป็นเอกสิทธิ์ของพื้นที่ทางภูมิศาสตร์และโครงสร้างพื้นฐานในช่วงเวลาหนึ่ง นี่คือปัญหาสำคัญที่ผู้คิดค้นนวัตกรรมด้านเภสัชกรรมทำงานอย่างไม่รู้จักเหน็ดเหนื่อยเพื่อแก้ไข

พบกับเทคโนโลยีการแช่แข็งแห้ง: วิทยาศาสตร์แห่งเสถียรภาพ

วิธีแก้ปัญหาห่วงโซ่ความเย็นอย่างชาญฉลาดคือกระบวนการที่ได้รับการปรับปรุงมานานหลายทศวรรษ นั่นคือ การทำแห้งแบบแช่แข็ง เทคโนโลยีการทำแห้งแบบแช่แข็ง เป็นกระบวนการขจัดน้ำอย่างอ่อนโยนที่จะขจัดน้ำออกจากผลิตภัณฑ์โดยไม่ทำลายโครงสร้างโมเลกุลอันละเอียดอ่อน ซึ่งมีความสำคัญต่อผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพที่มีความละเอียดอ่อน เช่น วัคซีน

กระบวนการนี้สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ขั้นตอนหลัก:

1. หนาวจัด: วัคซีนเหลวที่บรรจุในขวดจะต้องถูกทำให้เย็นลงอย่างระมัดระวังจนต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง (เช่น -40°C) ขั้นตอนนี้ต้องได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำเพื่อให้แน่ใจว่าเกิดผลึกน้ำแข็งที่เหมาะสม ซึ่งถือเป็นกุญแจสำคัญของกระบวนการทำให้แห้งที่ประสบความสำเร็จ
2. การอบแห้งขั้นต้น (การระเหิด): เมื่อแช่แข็งแล้ว ขวดจะถูกวางไว้ในสุญญากาศสูง จากนั้นอุณหภูมิจะค่อยๆ สูงขึ้น ภายใต้สภาวะความดันต่ำ น้ำที่แช่แข็งจะไม่ละลายเป็นของเหลว แต่จะเปลี่ยนเป็นไอโดยตรง ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการระเหิด ซึ่งจะทำให้ปริมาณน้ำส่วนใหญ่ถูกกำจัดออกจากผลิตภัณฑ์โดยไม่ต้องเผชิญกับแรงทำลายล้างจากการระเหยในสถานะของเหลว
3. การอบแห้งขั้นที่สอง (การดูดซับ): หลังจากน้ำแข็งละลายหมดแล้ว โมเลกุลของน้ำบางส่วนจะยังคงเกาะอยู่บนพื้นผิวของส่วนประกอบของวัคซีน อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นอีก (ในขณะที่ยังอยู่ภายใต้สุญญากาศ) เพื่อกำจัดร่องรอยความชื้นสุดท้ายเหล่านี้ออกไปอย่างอ่อนโยน ส่งผลให้ได้เค้กที่แห้งและมีเสถียรภาพ ผงแห้ง ที่มีความชื้นตกค้างน้อยกว่า 2%

ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเป็น ผงแห้งในขวดมีน้ำหนักเบา พกพาสะดวก และที่สำคัญคือมีความเสถียรอย่างน่าทึ่งที่อุณหภูมิต่างๆ ก่อนการบริหาร เจ้าหน้าที่สาธารณสุขสามารถเตรียมยาใหม่ได้โดยเพียงแค่เติมน้ำที่ผ่านการฆ่าเชื้อแล้ว ยาจะกลับมาอยู่ในรูปแบบของเหลวที่สามารถฉีดได้ภายในไม่กี่วินาที

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญ: การเพิ่มขึ้นของวัคซีนแช่แข็งที่ทนความร้อนได้

ประโยชน์ทางทฤษฎีของการทำให้แห้งแบบแช่แข็งนั้นชัดเจน แต่การศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้ได้ให้หลักฐานที่ทรงพลังในโลกแห่งความเป็นจริงเกี่ยวกับศักยภาพในการเปลี่ยนแปลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัคซีน mRNA ที่ล้ำหน้าที่สุด บทความวิจัยที่ตีพิมพ์ใน การค้นพบเซลล์ รายละเอียดการพัฒนาของไวรัส SARS-CoV-2^[2]ผงแห้ง วัคซีนที่แสดงให้เห็นถึงความเสถียรในระยะยาวที่น่าเหลือเชื่อและภูมิคุ้มกันที่ทรงพลัง

การศึกษานี้ไม่เพียงแต่เป็นการพิสูจน์แนวคิดเท่านั้น แต่ยังเป็นการสาธิตความสำเร็จอย่างครอบคลุมตั้งแต่การทดลองในห้องแล็บจนถึงการทดลองกับมนุษย์ ต่อไปนี้คือผลการค้นพบที่สำคัญ:

• เสถียรภาพทางความร้อนที่ไม่เคยมีมาก่อน: นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการทำให้แห้งแบบแช่แข็งที่เหมาะสมที่สุดซึ่งช่วยรักษาความสมบูรณ์ของวัคซีนไว้ได้ ผลลัพธ์ที่ได้คือ ผงแห้ง ไม่แสดงการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีหลังจากถูกเก็บไว้ 6 เดือนที่ 25°C (77°F). ผลิตภัณฑ์นี้ยังคงรักษาความสมบูรณ์ในระดับสูงได้แม้จะผ่านการใช้งาน 60 วันภายใต้อุณหภูมิที่ท้าทาย 40°C (104°F) ซึ่งทำลายกำแพงของการเก็บรักษาในอุณหภูมิเย็นจัดได้อย่างสิ้นเชิง
• ฤทธิ์ทางชีวภาพอันทรงประสิทธิภาพและคงสภาพไว้: ความเสถียรจะไม่มีความหมายหากวัคซีนไม่ทำงาน การศึกษายืนยันว่ากระบวนการทำให้แห้งแบบแช่แข็งไม่ได้ส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของวัคซีน จากการศึกษาในสัตว์ที่เกี่ยวข้องกับหนู กระต่าย และลิงแสม พบว่าวัคซีนที่ทำให้แห้งแบบแช่แข็งกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันที่ทรงพลังและแข็งแกร่ง ซึ่งเทียบได้กับวัคซีนแบบของเหลวที่เพิ่งผลิตใหม่ๆ
• ความสำเร็จในการทดลองกับมนุษย์: สิ่งที่น่าประทับใจที่สุดคือวัคซีนได้รับการทดสอบเป็นวัคซีนกระตุ้นในอาสาสมัครมนุษย์ หลังจากได้รับวัคซีนเชื้อตายแบบธรรมดาสองโดส วัคซีนกระตุ้น LyomRNA-Omicron หนึ่งโดส วัคซีนแช่แข็งแห้ง เพิ่มระดับแอนติบอดีที่เป็นกลางต่อสายพันธุ์โอไมครอนโดย อย่างน้อย 253 เท่าการเพิ่มภูมิคุ้มกันที่น่าเหลือเชื่อนี้เกิดขึ้นได้ด้วยผลข้างเคียงเล็กน้อยเท่านั้น และไม่มีการรายงานเหตุการณ์ไม่พึงประสงค์ที่ร้ายแรงใดๆ

การวิจัยครั้งนี้มีประสิทธิผลในการจัดทำแผนงานสำหรับคนรุ่นใหม่ วัคซีนแช่แข็งแห้งสิ่งนี้พิสูจน์ให้เห็นว่าเราสามารถมีสิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองโลกได้ นั่นคือความเร็วและความแม่นยำของเทคโนโลยี mRNA ผสมผสานกับความเสถียรและการเข้าถึงสูตรแบบแช่แข็งแห้ง

จากห้องทดลองสู่ขวดบรรจุ: บทบาทสำคัญของสายการผลิตผงแช่แข็งแห้ง

การสร้างความมั่นคง ผงแห้ง เป็นสิ่งหนึ่ง การผลิตยาหลายร้อยล้านโดสอย่างน่าเชื่อถือ ปลอดภัย และมีประสิทธิภาพเป็นอีกสิ่งหนึ่ง ซึ่งต้องใช้กระบวนการที่ซับซ้อนและบูรณาการ สายการผลิตผงแห้งแช่แข็งนี่ไม่ใช่แค่เครื่องจักรเพียงเครื่องเดียว แต่เป็นระบบที่ไร้รอยต่อซึ่งทุกขั้นตอนได้รับการควบคุมอย่างพิถีพิถันเพื่อให้แน่ใจถึงคุณภาพและความปลอดเชื้อของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

ความทันสมัยล้ำสมัย สายการผลิตขวดยาผงแห้ง กระบวนการนี้ประกอบด้วยขั้นตอนที่สำคัญหลายขั้นตอน:

1. การล้างขวดและการกำจัดไพโรเจน: กระบวนการเริ่มต้นด้วยการทำความสะอาดขวดแก้วเพื่อขจัดอนุภาคต่างๆ จากนั้นจึงส่งต่อไปยังอุโมงค์อุณหภูมิสูงเพื่อทำลายไพโรเจน (สารที่ทำให้เกิดไข้)
2. การบรรจุแบบปลอดเชื้อ: ในสภาพแวดล้อมที่ปลอดเชื้อสูง จะมีการบรรจุวัคซีนของเหลวที่มีขนาดแม่นยำลงในขวดแต่ละขวด
3. การหยุดครึ่งเดียว: มีจุกปิดพิเศษวางอยู่บนขวด แต่ไม่ต้องปิดจนสุด วิธีนี้จะช่วยให้ไอน้ำระเหยออกได้ระหว่างกระบวนการทำให้แห้งแบบแช่แข็ง โดยยังคงความปลอดเชื้อเอาไว้
4. การโหลดอัตโนมัติและการทำให้แห้งแบบแห้ง: ถาดบรรจุขวดที่มีจุกปิดครึ่งหนึ่งจะถูกโหลดเข้าเครื่องอบแห้งแบบแช่แข็งโดยอัตโนมัติ วงจรการแช่แข็งแบบหลายขั้นตอนซึ่งอาจใช้เวลาหลายวันจะดำเนินการด้วยความแม่นยำที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์
5. การปิดจุกและการปิดฝาแบบเต็ม: เมื่อรอบการอบแห้งเสร็จสิ้น ชั้นวางภายในเครื่องอบแห้งแบบแช่แข็งจะกดลง ทำให้จุกยางปิดลงในขวดได้สนิทภายใต้สุญญากาศ จากนั้นขวดจะถูกย้ายไปยังเครื่องปิดฝา โดยจะทำการจีบซีลอลูมิเนียมเข้าไป เพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์จะไม่ถูกงัดแงะและอากาศเข้าไม่ได้

ขั้นตอนเหล่านี้แต่ละขั้นตอนต้องปฏิบัติตามมาตรฐาน Good Manufacturing Practice (GMP) ที่เข้มงวด การบูรณาการและการทำงานอัตโนมัติของกระบวนการผลิตสมัยใหม่ สายการผลิตขวดยา มีความสำคัญสูงสุดในการลดการแทรกแซงของมนุษย์ ลดความเสี่ยงจากการปนเปื้อน และรับรองความสม่ำเสมอของปริมาณยาแต่ละขนาด

วิสัยทัศน์ของ GrandPack: วิศวกรรมแห่งอนาคตของการผลิตวัคซีน

ที่ แกรนด์แพ็คเราเข้าใจว่าวิทยาศาสตร์ที่ก้าวล้ำต้องการวิศวกรรมที่ก้าวล้ำ คำมั่นสัญญาของความมั่นคงและการเข้าถึงได้ทั่วโลก วัคซีนแช่แข็งแห้ง สามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยีการผลิตที่ก้าวหน้าเช่นเดียวกัน สายการผลิตผงแห้ง GrandPack ได้รับการออกแบบมาตั้งแต่พื้นฐานเพื่อตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของการผลิตผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพสมัยใหม่

โซลูชันแบบบูรณาการของเรามอบความแม่นยำ ความปลอดเชื้อ และความสามารถในการปรับขนาดที่บริษัทเภสัชกรรมต้องการเพื่อนำการบำบัดรุ่นต่อไปเหล่านี้มาสู่โลก ด้วยการออกแบบระบบที่ทนทานและอัตโนมัติสำหรับทุกอย่างตั้งแต่การล้างขวดไปจนถึงการปิดฝาขั้นสุดท้าย เรามอบอำนาจให้พันธมิตรของเราในการผลิต ผงแห้งในขวด ด้วยความมั่นใจและประสิทธิภาพสูงสุด เราไม่ได้แค่สร้างเครื่องจักรเท่านั้น แต่เรากำลังสร้างโครงสร้างพื้นฐานเพื่ออนาคตที่สุขภาพดีขึ้น เพื่อให้แน่ใจว่าวัคซีนที่จะช่วยชีวิตคนต่อไปจะไปถึงทุกคนที่ต้องการได้ ไม่ว่าพวกเขาจะอาศัยอยู่ที่ใดก็ตาม

การเดินทางจากของเหลวที่ซับซ้อนไปสู่ของเหลวที่มีเสถียรภาพ ผงแห้ง เป็นสิ่งมหัศจรรย์ทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ ถือเป็นกุญแจสำคัญในการปลดล็อกความเท่าเทียมของวัคซีนอย่างแท้จริงและเสริมสร้างการป้องกันของเราต่อโรคระบาดในอนาคต

คำถามที่พบบ่อย (FAQs)

1. ส่วนประกอบหลักของสายการผลิตผงแช่แข็งแห้งของ GrandPack มีอะไรบ้าง เสร็จสมบูรณ์ สายการผลิตผงแห้ง GrandPack เป็นระบบบูรณาการที่โดยทั่วไปประกอบด้วยเครื่องล้างขวดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง อุโมงค์กำจัดไพโรเจนด้วยลมร้อน เครื่องบรรจุขวดและปิดฝาขวดแบบปลอดเชื้อ เครื่องอบแห้งแบบแช่แข็ง (ไลโอฟิไลเซอร์) พร้อมระบบโหลดและขนถ่ายอัตโนมัติ และเครื่องปิดฝาขวด ส่วนประกอบเหล่านี้ทำงานร่วมกันอย่างราบรื่นเพื่อเคลื่อนย้ายขวดจากการทำความสะอาดไปจนถึงผลิตภัณฑ์ที่ปิดสนิทขั้นสุดท้ายในสภาพแวดล้อมที่ปลอดเชื้อ

2. สายการผลิตจะรับประกันความปลอดเชื้อของผงแห้งในขวดได้อย่างไร ความปลอดเชื้อเป็นสิ่งสำคัญที่สุด สายการผลิตของเราทำให้แน่ใจได้ด้วยกลไกต่างๆ หลายประการ ประการแรก กระบวนการทั้งหมดตั้งแต่การบรรจุจนถึงการปิดฝา จะเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมปลอดเชื้อที่ควบคุมได้ (โดยมักจะใช้เทคโนโลยี RABS หรือไอโซเลเตอร์) เพื่อป้องกันการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ ขวดบรรจุจะได้รับการฆ่าเชื้อและกำจัดไพโรเจนที่อุณหภูมิสูงก่อนการบรรจุ กระบวนการทำให้แห้งด้วยการแช่เยือกแข็ง ซึ่งเกิดขึ้นในห้องสุญญากาศที่ปิดสนิทนั้นปราศจากเชื้อโดยเนื้อแท้ ในที่สุด ขวดบรรจุจะถูกปิดฝาโดยอัตโนมัติภายในห้องก่อนที่จะสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอก ซึ่งรับประกันความสมบูรณ์ของขวด ผงแห้งในขวด.

3. สายการผลิต GrandPack สามารถรองรับขนาดขวดและประเภทของวัคซีนที่แตกต่างกันได้หรือไม่ ใช่ ความยืดหยุ่นคือหลักการออกแบบหลัก สายการผลิตขวด GrandPack แบบผงแห้ง ระบบได้รับการออกแบบมาให้ปรับเปลี่ยนได้ สามารถกำหนดค่าด้วยชิ้นส่วนเปลี่ยนได้เพื่อรองรับขวดมาตรฐานขนาดต่างๆ ตั้งแต่ 2 มล. ถึง 100 มล. ระบบควบคุมสำหรับเครื่องบรรจุและเครื่องอบแห้งแบบแช่แข็งช่วยให้สามารถตั้งโปรแกรม "สูตร" เฉพาะที่เหมาะกับปริมาณ ความเข้มข้น และข้อกำหนดด้านสูตรของวัคซีนและผลิตภัณฑ์ชีวเภสัชที่แตกต่างกันได้

4. อะไรทำให้การทำให้แห้งแบบแช่แข็งเหนือกว่าวิธีการทำให้แห้งแบบอื่นสำหรับวัคซีน? แม้ว่าจะมีวิธีอื่นๆ เช่น การพ่นแห้ง แต่การทำให้แห้งด้วยการแช่แข็งหรือการทำให้แห้งแบบแช่เยือกแข็งนั้นดีกว่าสำหรับผลิตภัณฑ์ชีวภาพที่ไวต่อความร้อนที่ซับซ้อน เช่น วัคซีน ด้วยเหตุผลสำคัญประการหนึ่ง นั่นคือ การหลีกเลี่ยงเฟสของเหลว โดยการเปลี่ยนน้ำแข็งให้กลายเป็นไอโดยตรง (การระเหิด) วิธีนี้จะช่วยหลีกเลี่ยงแรงตึงผิวและความร้อนจากการระเหยแบบเดิม ซึ่งสามารถทำให้โปรตีนเปลี่ยนสภาพและสลายโครงสร้างที่บอบบางของอนุภาคนาโน mRNA-lipid ได้ กระบวนการที่อ่อนโยนนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าศักยภาพและโครงสร้างของวัคซีนจะคงอยู่ ทำให้เป็นมาตรฐานทองคำในการสร้างวัคซีนที่เสถียรและมีประสิทธิภาพ วัคซีนแช่แข็งแห้ง.

อ้างอิง：

[1].อ้าย,แอล.,หลี่,วาย.,โจว,แอล. et al. วัคซีนอนุภาคนาโนลิพิด mRNA แบบแช่แข็งแห้ง ด้วยความเสถียรระยะยาวและมีแอนติเจนสูงต่อ SARS-CoV-2 การค้นพบเซลล์ 9, 9 (2023). https://doi.org/10.1038/s41421-022-00517-9

[2].Granados-Riveron, JT & Aquino-Jarquin, G. วิศวกรรมของวัคซีน mRNA-LNP ที่ได้รับการดัดแปลงนิวคลีโอไซด์ในปัจจุบันเพื่อต่อต้าน SARS-CoV-2 ชีวการแพทย์.เภสัชกรรม. 142, 111953 (2021).