В ноябре было объявлено о результатах клинических испытаний американо-германской вакцины от коронавируса, разработанной совместно компаниями Pfizer (США) и BioNTech (Германия). Она была признана эффективной в создании иммунитета от COVID-19 [недавно её одобрили соответствующие министерства Великобритании и Швейцарии / прим. пер.]. Эти новости на пике второй волны пандемии были восприняты с воодушевлением, а также стали основой для политического маневрирования.
Для нас интересен тот факт, что вакцину от Pfizer/BioNTech требуется хранить при чрезвычайно низких температурах перед введением. Давайте разберёмся в деталях проблемы подобного охлаждения.
Особые холодильники с температурой -80 °C
Шрам, оставшийся у автора статьи после вакцинации от оспы. Современной молодёжи это не нужно, поскольку всеобщая вакцинация уничтожила это заболевание к 1980-му году
Данную вакцину необходимо хранить при температуре -80 °C до момента непосредственного введения [российскую вакцину «Спутник-V», массовое внедрение которой начато на этой неделе, нужно хранить при температуре -18 °C / прим. пер.]. Для программы массовой вакцинации это представляет серьёзную проблему. В смысле производства холодильников, способных поддерживать температуру в -80 градусов, проблем нет – однако их нечасто встретишь в медицинских организациях. Такие холодильники можно встретить в лабораториях и крупных госпиталях, однако даже в развитых странах терапевтам, которым придётся заниматься вакцинацией населения, до недавнего времени подобное оборудование просто не было нужно. Если такая проблема встречается даже в местах с обилием ресурсов, она окажется кратно сложнее в менее богатых регионах мира – ведь для эффективной борьбы с пандемией крайне важно вакцинировать всю планету, чтобы не осталось мест, где инфекция сохранится.
Я не биолог, но в любом школьном курсе биологии преподают базовые основы того, как работают вакцины. В конце XVIII века доктор Эдвард Дженнер успешно сделал мальчику прививку коровьей оспы, чтобы у него появился иммунитет к оспе. На этой базе развилась иммунология. Почти все мы получали похожие вакцины, смысл которых, как упрощённо описывается в курсе биологии, основан на введении ослабленных или менее активных родственников возбудителей болезни. То, что убивавшие ранее людей заболевания сейчас остались лишь в фольклоре, свидетельствует об успешности этого метода.
Подобные уколы в моём Оксфордшире доктора ставят тысячами, и защищают целые поколения британских детей, обходясь при этом относительно стандартным холодильником. Что такого особенного в новой вакцине от Pfizer/BioNTech? Ответ кроется в схеме её работы: она не подвергает нас воздействию патогена; вместо этого это т.н. РНК-вакцина. В ней содержится фрагмент генетического материала вируса, который после введения проникает в наши клетки, вызывая иммунный ответ на коронавирус. Проблема заключается в хрупкости РНК – для защиты её от деградации требуется чрезвычайно холодный холодильник.
Логистика криогенного транспорта последней мили
Схема работы двухступенчатого холодильника
Следующий вопрос инженера очевиден: что такого особенного в холодильниках на -80 °C? Мы чувствуем себя увереннее, рассуждая о принципах работы холодильника. Это тепловой насос с радиатором, расширительным клапаном и конденсатором, через который компрессором прокачивается хладагент. Конденсация хладагента вызывает охлаждение внутренностей холодильника, а изъятая таким образом энергия излучается радиатором как тепло. На разницу температур, которую можно получить при помощи такого насоса, существуют ограничения, поэтому у холодильников на -80 градусов есть два насоса, стоящих последовательно. Они менее эффективны и более дороги в производстве по сравнению с вашим домашним холодильником, однако их производство прекрасно налажено. Их просто не хватает там, где они нужны, поэтому интересно будет задуматься о последствиях этого факта.
Вероятно, импровизация в стиле «Парка юрского периода» тут не подходит
Можно подумать, что очевидным решением будет обеспечить всех врачей подходящими холодильниками на -80 градусов. С точки зрения обычных людей они не дёшевы (судя по информации из Google, их стоимость начинается от $10 000), но для правительств, разбрасывающих миллиарды долларов на борьбу с пандемией, это будет не так уж и дорого. Однако проблема состоит в цепочке поставок. Глобальный рынок для них был недостаточно большим во время, предшествовавшее пандемии, для того, чтобы производственные мощности могли справиться с неожиданно возросшим спросом. Маловероятно, что фабрики по производству домашних холодильников можно оборудовать для производства новых аппаратов в разумное время. Поэтому перспектива того, что новенький холодильник на -80 вдруг привезут к двери моего доктора, кажется слишком призрачной. Можно было бы ожидать, что подобные устройства реквизируют у их текущих владельцев, университетов и исследовательских лабораторий, однако тут встаёт другая проблема. Вакцины нужно вводить в пациентов, поэтому их нужно содержать в стерильности. Идея о том, чтобы взять холодильник из химической лаборатории, в котором кандидаты наук хранили токсичные металлоорганические составы, не кажется здравой в рамках необходимости уберегать пациентов от серьёзных рисков.
Ещё один вариант – отказаться от холодильников в пользу пассивного охлаждения при помощи жидкого азота. Производственных мощностей для изготовления этого вещества в промышленных масштабах хватает, кроме того, оно уже широко используется в медицине. Загвоздка лишь в том, что оно используется в потребительских направлениях – типа заморозки бородавок для их удаления, а не для перевозки и хранения лекарств. Для такого использования потребовалось бы создавать новую инфраструктуру с нуля. С коробками для перевозки замороженных веществ проблем нет. Но во-первых, могут возникнуть проблемы при внезапном появлении спроса на десятки тысяч их экземпляров. А во-вторых, они могут гарантировать низкую температуру перевозимого материала только пока азот не испарится полностью. Сами по себе они не заменят инфраструктуру из холодильников, поддерживающих температуру в -80°, хотя и могут удлинить последний этап доставки.
Плюс истории в том, что вторая вакцина, которую разрабатывает Moderna, не требует глубокой заморозки и может храниться при температуре от 2 до 8 °C до месяца. С её помощью можно будет добраться до дальних уголков мира, где нет инфраструктуры для глубокой заморозки. Но в краткосрочной перспективе нам потребуются оба варианта вакцины, причём столько доз, сколько получится произвести и доставить. Ведь для каждого жителя земли, которых уже почти 8 млрд, требуется по две дозы вакцины.
На примере действий американского правительства в течение нескольких месяцев мы, без сомнения, убедимся в том, что у неожиданной проблемы широкомасштабного внедрения криогенной вакцины нет волшебных решений. В Британии [где живёт автор / прим. перев.] наверняка появятся центры распространения вакцины в крупнейших госпиталях, где уже есть подобные холодильники. Оттуда каждое утро на места будут отправляться ежедневные партии вакцин. Но наша страна относительно маленькая, с плотно живущим населением. Её проблемы не сравнить с проблемами большой страны, где жители распределены по огромным территориям, и тем более – с проблемами в некоторых развивающихся странах. Неожиданностью стало осознание того, что решение такой глобально важной задачи оказалось не только в руках учёных, создающих вакцины, но и в руках инженеров холодильных установок, отвечающих за безопасную доставку вакцин на место применения.
