Næsten 3 år inde i COVID-19-pandemien og næsten 2 år efter den første COVID-19-vaccine blev godkendt, fortsætter flaskehalse i produktions- og forsyningskædens infrastruktur med at forsinke vaccinationer i lav- og mellemindkomstlande. Nu har forskere designet mobile vaccineproduktioner, der kan producere næsten 10.000 vaccinedoser dagligt i nærheden af slutbrugerne. Da det nye setup kan rumme forskellige typer af produktion fra fødevarer til biofarmaceutiske produkter, kan det blive et vigtigt redskab til at forebygge eller bekæmpe ikke bare pandemier, men også fødevaremangel og hungersnød.
Da COVID-19-pandemien toppede og næsten lukkede ned for hele verden og dermed verdenshandelen, måtte mange lande begynde at producere forskellige basale fornødenheder lokalt. Dette blev endnu mere betydningsfuldt, da COVID-19-vaccinerne dukkede op. Konkurrencen om det værktøj, der endelig kunne åbne samfundet op igen, var intens. Bagerst i køen kom dem, der ikke havde evnerne til at producere eller ikke havde penge til at betale. Imidlertid endte manglen på vacciner i lav- og mellemindkomstlande ikke kun med at skabe en mere usikker verden, den skabte også grobund for, at nye SARS-CoV-2-varianter udviklede sig, som i sidste ende plagede hele verden igen.
"En lektie, vi lærte under den her pandemi, var, at alle kunne se, at sygdomme, der spredes selv i det fattigste land i verden, også kan gøre livet surt for velhavende mennesker. I dette arbejde designede vi to mobile on-demand (MOD)-vaccineproduktionsenheder baseret på et proteinantigen udtrykt i gær og in vitro-transskription af mRNA. Den moderate stigning i produktionsomkostningerne for de her mindre enheder opvejes af et reduceret spild og en tidligere beskyttelse af udsatte befolkningsgrupper,” forklarer medforfatter Seyed Soheil Mansouri, der er lektor ved Institut for Kemi- og Biokemisk Teknik på Danmarks Tekniske Universitet.
Idé om modularitet og fleksibilitet
Projektet startede oprindeligt som en konkurrence for europæiske studerende. Et hold af bachelor-studerende ved RWTH Aachen University, Danmarks Tekniske Universitet og Technologico de Monterrey deltog. Efter konkurrencen kontaktede de studerende Seyed Soheil Mansouri.
”De spurgte mig, om jeg kunne hjælpe dem, da de var interesserede i at fortsætte. Tanken var at etablere modulær vaccineproduktion, som kunne muliggøre lokal produktion af vacciner i de regioner, hvor der er mest brug for dem. De mente, at fremstilling af MOD-vacciner kunne være med til hurtigt at øge produktionsvolumen, samtidig med at man kunne undgå flaskehalse i infrastrukturen på grund af flys og lufthavnes utilstrækkelige kapacitet til at sende og modtage afkølede vaccinedoser via luftfragt,” siger Seyed Soheil Mansouri.
Allerede før COVID-19-pandemien vurderede WHO, at 50 % af alle vaccinedoser på verdensplan går til spilde på grund af forsendelses- og opbevaringsproblemer. Så nye løsninger er nødvendige for at garantere pålidelig global forsyning og hurtig distribution af vacciner, samtidig med at forsyningerne skal være mere fleksible for at kunne imødekomme lokale udbrud og nye SARS-CoV-2-varianter, der dukker op i fremtiden.
"MOD-vaccineproduktion giver en løsning, der står i modsætning til den konventionelle tilgang med centraliseret produktion i nogle få unikke storskalaanlæg. Dette løser modularitet og fleksibilitet. MOD-fabrikkerne kan flyttes mellem hårdt ramte områder for hurtigt at tackle lokale udbrud,” forklarer Seyed Soheil Mansouri.
Produktionsomkostninger pr. dosis betydeligt højere
På trods af de åbenlyse tekniske udfordringer ved at producere virale proteiner såsom COVID-19-spikeproteinet og in vitro-produktion af de nye mRNA-vacciner lykkedes det forskerne at designe et containerkoncept, der muliggør alle de mange småskalaprocesser, der er nødvendige for produktionen. Den egentlige udfordring ved projektet var dog en helt anden.
”Den menneskelige kapacitet og de nødvendige ressourcer til at betjene de her modulære enheder er en stor udfordring. Så fuld implementering af dem vil kræve betydelig automatisering. Samarbejdsrobotter kan faktisk lave det, og i sidste ende kunne disse enheder dybest set drives fra en central global operationshub,” siger Seyed Soheil Mansouri.
For at afgøre, om containeropsætningen var økonomisk gennemførlig, blev omkostningerne pr. vaccinedosis i MOD-containeropsætningerne analyseret og sammenlignet med et centraliseret produktionsscenarie. Endelig brugte forskerne som udregningseksempel, hvad det ville koste at placere containerne til en vaccinationskampagne i Nigeria.
”På trods af vores bestræbelser på at opnå præcise omkostningsestimater for individuelle omkostningsfaktorer endte vi med betydelig usikkerhed om de endelige omkostninger. Etablering af et pilotanlæg kan formindske den usikkerhed, da vi så kan bestemme produktionsomkostningerne mere præcist. Produktionsomkostningerne per dosis var dog afgjort betydeligt højere end de estimerede omkostninger til centraliseret produktion,” forklarer Seyed Soheil Mansouri.
Passer ind i forskellige typer produktion
Ikke desto mindre mener forskerne, at MOD-containerne i sidste ende kan retfærdiggøre de ekstra omkostninger, fordi de kan være med til at give tiltrængte vaccinedoser hurtigere end centraliseret produktion. Eliminering af interregional transport og regionale mellemlagringshubs fra distributionsnetværket reducerer desuden uregelmæssigheder i lagertemperaturen.
”Tabet af doser vil blive stærkt reduceret, og det repræsenterer et meget stærkt økonomisk incitament. Men der vil være behov for økonomisk støtte i begyndelsen, enten tilskud fra regeringer eller donationer fra private og offentlige organisationer, indtil kapaciteten er skabt lokalt, og produktionen bliver selvforsynende. Så MOD-vaccineproduktion kan være gennemførlig og potentielt attraktiv, men der skal flere undersøgelser til for at fastslå den praktiske implementering af tilgangen,” siger Seyed Soheil Mansouri.
Forskerne er overbeviste om, at decentraliserede småskalafabrikker kan hjælpe med at tippe balancen i kampen mod COVID-19 og fremtidige pandemier. Bagefter kan containerne indsamles og genopbygges til en ny kampagne i en anden region.
”Så eksperter på de skibe, der transporterer dem, kunne omprogrammere dem på vej fra for eksempel Afrika til Asien. Og den tid, der bruges på transport, kan være tilstrækkelig til, at de kan begynde at producere en ny vaccine undervejs,” tilføjer Seyed Soheil Mansouri.
Mere modstandsdygtig over for hungersnød
Indtil videre er MOD-containerkonceptet stadig på tegnebrættet, men kan muligvis stadig bruges i den aktuelle pandemi mod COVID-19.
"Selvom nogle højindkomstlande måske nærmer sig flokimmunitet, er vaccinationskampagnerne andre steder i verden først lige begyndt, og manglen på forsyningskædeinfrastruktur i lav- og mellemindkomstlande er en væsentlig begrænsning for distribution af vacciner i disse regioner. Yderligere vil SARS-CoV-2 ikke forsvinde, og nye varianter eller endda nye pandemier vil dukke op. Med MOD-enhederne kan vi være med til at skabe en mere effektiv respons,” forklarer Seyed Soheil Mansouri.
Alternativt, hvis beholderne er designet intelligent, kan de endda tilpasses til forskellige typer produktion, herunder fødevarer og biofarmaceutiske produkter.
"Det, vi har gjort her, er faktisk begyndelsen på en form for konceptuel tankegang. F.eks. kan MOD-produktionsenhederne bruges til at dyrke nye typer protein såsom mikroalger eller lignende, for hurtigt at kunne give en eller anden kilde til føde, hvilket gør samfund mere modstandsdygtige over for hungersnød, eller de kan endda genanvendes til produktion i mindre målestok af kræftvacciner,” slutter Seyed Soheil Mansouri.
