Как создавали и сейчас делают вакцину «КовиВак» на основе убитого вируса

Весной 2020 г. в Центре им. Чумакова набирали команду, которая должна была начать производство инактивированной вакцины против полиомиелита – до сих пор в России делают только «живые», а те, что содержат убитый вирус, импортируют. Правительство поставило задачу создать свой препарат, чтобы не зависеть от зарубежных поставок.

«Меня назначили на должность начальника по этому проекту, я набирала штат. И потом нас собрали в один прекрасный момент и сказали: вы будете делать «корону». Сказать, что у нас был шок, – это не сказать ничего», – вспоминает руководитель отделения коронавирусной вакцины Карина Гришина.

Полиомиелит известен человечеству 70 лет, против него все привиты, и никто его не боится. А вот «КовиВак» пришлось создавать практически с нуля.

«Да, схема с убитым вирусом – классическая, но каждая вакцина индивидуальна. Вирус надо было выделить. Сотрудники центра работали в Коммунарке и получили порядка 400 образцов из биоматериала заболевших. Из них выбрали всего два – те, что должны были хорошо размножаться в культуре клеток», – объясняет Гришина.

Образцы нужно было максимально быстро размножить – до десятков литров вирусосодержащей жидкости, чтобы получить как можно больший объем вакцин. В это же время экстренно заказывали у зарубежных партнеров высокотехнологичные материалы. Хотя биореакторы – основное оборудование для производства – в центре были, дополнительные расходники приходилось дополнительно дозакупать в огромном количестве.

«Никто из сотрудников не ушел, узнав, что придется работать с коронавирусом, – рассказывает Гришина. – В конце декабря 2020 г. мы получили первую серию полуфабриката вакцины, который передали на контроль качества».

20 февраля 2021 г. «КовиВак» получил регистрационное удостоверение Министерства здравоохранения Российской Федерации. 25 марта 2021 г. вакцина вышла в гражданский оборот, 28 марта начались первые поставки. Но до сих пор в некоторых регионах люди буквально охотятся за ней: партии в поликлиниках часто заканчиваются быстрее, чем все желающие успевают привиться. Аргумент тех, кто хочет вакцинироваться именно «КовиВаком», – именно классическая схема создания.

Как выглядит процесс производства, сколько занимает времени и кто контролирует безопасность вакцины?

Этап первый: выращивание клеток

После того как вирус выделен, ему нужно создать «дом», где он мог бы размножаться. Вирус нельзя вырастить ни в каком химическом растворе, он живет только в живой клетке. Его цель – перестроить под себя всю ее работу и создать в ней как можно больше своих копий.

И одна из главных задач была – найти подходящую клетку. Выбор пал на культуру клеток линии Vero, выделенную в 1962 г. в Японии из почки африканской зеленой мартышки – в Центре им. Чумакова ее используют для выращивания других вирусов, в частности полиомиелита. Подошла она и для ковида.

Хранят клетки в жидком азоте в сосуде Дьюара при температуре минус 196 градусов – это распространенная технология длительного хранения (после размораживания сохраняются все свойства клетки).

Когда для производства вакцины нужна очередная порция свежих клеток, их достают из этого сосуда и начинают масштабирование.

Сначала клетки выращивают в небольших стеклянных флаконах в питательной среде – жидкости, содержащей витамины, аминокислоты, антибиотики, соли и другие вещества.

Постепенно клетки заполняют всю внутреннюю поверхность бутыли, и их переносят в первый биореактор волнового типа объемом десять литров. 

В нем находятся небольшие полимерные шарики – микроносители, клетки садятся на них и постепенно покрывают всю поверхность. Аппарат постоянно качается, за счет чего смесь перемешивается, а к клеткам поступают питательные вещества.

Когда шарики заполнены, клетки отправляются в пятидесятилитровый реактор, из него – в двухсотлитровый, а затем в реактор на тысячу литров – продолжается масштабирование, чтобы получить как можно больший объем вакцины.

Этап второй: введение вируса и его инактивирование

Когда все частицы микроносителя в последнем, самом большом реакторе покрыты клетками, туда вносится живой вирус. Он размножается в культуре клеток, образуя вирусосодержащую жидкость.

«Коронавирус при своем размножении убивает клетку, она разрушается. Мы смотрим под микроскопом, и когда видим, что более 90% клеток на микроносителе разрушено, мы понимаем, что дальше вирусу размножаться негде. И мы его инактивируем», – объясняет Карина Гришина.

Инактивация происходит химическим способом. Добавляется вещество бета-пропиолактон, убивающее вирус, но сохраняющее его иммунологические свойства. От посева клеток на стекле до момента инактивации проходит порядка двух недель.

Из реактора вирусосодержащую жидкость с бета-пропиолактоном перекачивают в специальный «миксер», и там в течение 72 часов идет процесс инактивации. Жидкость охлаждается до температуры от двух до восьми градусов и непрерывно перемешивается.   

Этап третий: очистка

Дальше начинаются процессы очистки: чем меньше посторонних веществ содержится в препарате, тем меньше вероятность появления побочных эффектов.

Сначала идет грубая очистка через фильтры с большим объемом пор: жидкость освобождают от фрагментов культуры клеток, в которых размножался вирус.

Дальше запускают процесс ультрафильтрации – это метод концентрирования вирусосодержащей жидкости, в ходе которого раствор под давлением проходит через фильтр, способный пропускать только определенные компоненты. Здесь белки отделяют от всего, что было в питательном растворе.

Последний этап – хроматография. В специальной колонне смесь белков проходит через сорбент. Разные белки имеют разный молекулярный вес, и от этого зависит, как быстро они продвигаются. На этом этапе выделяется белок S, специфичный именно для коронавируса, из которого готовится вакцина – этот белок шипа отвечает за прикрепление вируса и за то, чтобы вирус мог проникнуть в клетку.

«На мониторах мы следим за ходом хроматографии. Более тяжелые, крупные белки выходят раньше, чем более легкие. Наш выходит самый первый, он самый большой», – поясняет эксперт.

Этап четвертый: вспомогательные вещества

К белкам добавляют фосфатный буферный раствор – для разведения антигена до определенной концентрации, и гидроксид алюминия – для усиления иммуногенности препарата.

Эти ингредиенты включены в большинство давно существующих и действующих вакцин. Например, в вакцину против клещевого энцефалита «Клещ-Э-Вак».

Этап пятый: проверка безопасности

«Когда после очистки получаем концентрат, понимаем, какой будет объем вакцины, мы сводим ее сначала в небольшом количестве, и эта фармсубстанция уходит на контроль безопасности. Три недели ее проверяют: чтобы там не было живого вируса, чтобы она была безопасна», – рассказывает Гришина.

Одновременно вакцину проверяют две команды экспертов. Одна – из отделения контроля качества Центра им. Чумакова, вторая состоит из специалистов Росздравнадзора.

Этап шестой: розлив

Если обе команды дают положительное заключение, концентрат доводят до определенного объема и отдают на розлив. Сейчас он происходит на двух площадках – в самом центре и на площадке биофармацевтической компании «Нанолек» в Кировской области.

Когда речь идет о производстве вакцин, представляются площади чуть ли не заводского масштаба. На деле отделение коронавирусной вакцины Центра им. Чумакова, где проходят все этапы, кроме розлива и упаковки, умещается в небольшом трехэтажном здании – процесс высокотехнологичный и не требует больших пространств.

Ручной труд минимизирован, в отделении работают порядка 30 человек. Сотрудники практически не контактируют с вирусом и другими материалами – все автоматизировано и поступает из устройства в устройство через герметично соединенные силиконовые шланги. При этом на каждом этапе все находится под контролем человека: на мониторы реактора выводятся такие показатели, как температура, подача кислорода, углекислого газа, азота. Оператор следит за ними во избежание ошибок.

Огромная роль у него и на этапе выращивания клеточной культуры. Он решает, когда ее необходимо масштабировать: если взять слишком рано – клеток будет мало. Если взять слишком поздно – клетки будут слишком старые.  

Сейчас, спустя почти год после выхода вакцины в гражданский оборот и получения и освоения нового оборудования, все процессы отработаны.

«С момента получения регистрационного удостоверения в феврале 2021 г. произведено порядка 10 млн доз. Это много, потому что создание любой культуральной вакцины занимает время: нужно вырастить культуру, получить вирусосодержащую жидкость, потом все это очистить», – рассказывает Гришина. 

Один тысячелитровый реактор – это одна серия вакцины объемом порядка 300 литров, что в свою очередь составляет примерно 450 000 доз.

«Новые тысячелитровые реакторы ввели в эксплуатацию только в конце августа, до этого мы работали на двухсотлитровых. Никто на таких больших реакторах раньше у нас не работал – нужно было время, чтобы понять, сколько нужно туда вносить клеток, питательной среды, какой цикл должен быть. И сейчас с конца октября мы вышли на высокую эффективность и стали получать достаточно большие объемы вакцины», – поясняет Гришина.

За две недели можно загружать три реактора и получать 1,35 млн доз. Таким образом, в 2022 г. Центр им. Чумакова способен произвести более 20 млн доз вакцины.