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Jul 30, 2023

光化学デバイスがCSUの感染症ワクチン研究を後押し

Scritto da Anne Manning, Fotografato da John Eisele, Pubblicato il 2 agosto 2022 Immediatamente dopo il COVID-19

アン・マニング著、ジョン・アイゼル著写真、2022 年 8 月 2 日公開

2020年に新型コロナウイルス感染症（COVID-19）がパンデミックになった直後、コロラド州立大学の生命科学の研究者たちは、数十年にわたる微生物学、免疫学、感染症の専門知識を応用して、新型コロナウイルスに効くワクチン候補の開発に取り組み始めた。

2 年後、CSU では、新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) だけでなく、あらゆる種類の病気に対するワクチンの研究が発展し続けています。 その理由の一部は、CSU のエンジニアによって設計および試作された、パンデミックの初期の熱狂的な時代に思いついた、他に類を見ないワクチン製造および検査装置によるものです。 現在、「VacciRAPTOR」と呼ばれるこの特注の高強度フロースルー光化学反応器は、多くの種類のウイルスや病原体を不活化するために使用できるため、大学のより広範なコロナウイルスやその他の研究活動に統合されています。

VacciRAPTOR は、上級研究員 John Mizia 率いるエネルギー研究所ラピッド プロトタイピング ラボのエンジニア チームによって構築されました。 同研究所の主任エンジニアであるマット・ウィルマン氏がデバイス設計を主導し、修士課程の学生であるアンドリュー・アンドラスキ氏が特性評価とテストを主導している。 エンジニアらは、感染症研究センターのエグゼクティブディレクターで微生物学、免疫学、病理学部門の教授であるレイモンド・グッドリッチ氏が率いるワクチン研究チームとこのプロジェクトに協力した。

2 年間のプロトタイピングを経て、VacciRAPTOR は最近、パワーハウス エネルギー キャンパスからフットヒルズ キャンパスの感染症研究室に到着しました。 現在では、これまでのシステムよりも何倍も迅速かつ効率的に、多数の病気に対するワクチンを製造およびテストできるようになり、臨床試験へのよりスムーズで迅速な道が切り開かれています。

工学修士課程の学生である Andrew Andraski 氏、DVM の学生である Alina Vise 氏、および工学部の学部生である Katherine Compton 氏は、ジカウイルス溶液を使用したテスト実行のために VacciRAPTOR を準備しています。

パンデミックの初期にグッドリッチらは、ビタミンのリボフラビンと紫外線を組み合わせた既存の病​​原体不活化技術をコロナウイルスワクチンの開発に使用できるかどうかのテストを開始した。 彼らの目標は、患者の免疫反応を刺激するが病気を引き起こさない、不活化された無傷のウイルスに基づいたワクチンを作成することでした。

この技術は、以前に同じ光化学を使用して輸血用の病原体不活化技術を発明したグッドリッチ氏らの20年にわたる研究に基づいている。 2020年初め、グッドリッチらは、血液病原体の減少に作用するリボフラビンと紫外線の光化学反応が、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の原因ウイルスであるSARS-CoV-2にも作用することを発見した。 ヒト用ワクチン開発におけるこのプロセスの有効性を実証するためのその後の研究は、国立衛生研究所によって支援されています。 このプロセスは現在、SolaVAX™ として認可されており、ヒト用ワクチン事業については Solaris Vaccines, Inc. によって独占的に認可されています。

DVM の学生エリザベス・サリバンは、ジカウイルスソリューションを使用した VacciRAPTOR のテスト実行の準備を手伝っています。

SolaVAX™ ワクチン開発プロセスをテストするために、感染症研究者らは、グッドリッチ氏らが 10 年以上前に発明した、商業的には Mirasol 病原体削減技術システムとして知られる装置の改良版を使用していました。 Mirasol テクノロジーは医療機器会社テルモ BCT が所有しており、グッドリッチ氏はそこでキャリアの一部を過ごしました。 血液銀行では、献血された血液からウイルス、細菌、寄生虫を除去するためによく使用されます。 血液は、献血したことのある人なら誰でもよく知っている透明なビニール袋に集められ、Mirasol マシンにロードされて UV 光にさらされます。

この設定により、CSUのワクチン研究者らは、この技術がコロナウイルスにも有効であるという概念を証明することができたが、一度に処理できるウイルス溶液は1袋しかないため限界があったと、感染症研究所グッドリッチ研究室マネージャーのリンジー・ハートソン氏は説明した。リサーチセンター。

「これは血液にとっては素晴らしいことですが、ワクチンの大量生産へのスケールアップについて話しているとき、それは実現可能または効率的なモデルではありません」とハートソン氏は述べた。

グッドリッチ氏はこう付け加えた。「私たちは早い段階で、これが小規模で効果があり、初期の動物実験や毒性学の研究などを支援するのに確実に効果があることを認識していたと思います。しかし、本当にワクチンを大量生産できるようにしたいのであれば、効率的かつ効果的な方法ではありますが、たとえば、一度に 1 つのバッグを装置に入れて 600 ミリリットルの容量で実行し、それを何度も繰り返すよりもはるかに多くの処理を行う必要がありました。」

新しい VacciRAPTOR デバイスを入力します。 エンジニアは、Mirasol デバイスの重要な光化学ユーティリティを利用して、より高速に、より大量のウイルス溶液で動作するように再構成しました。 この装置は、リボフラビンと事前に混合されたウイルス溶液が、非常に特定の波長の蛍光灯の円によって均等に照射されるコイル システムで構成されています。

VacciRAPTOR のカスタム エンジニアリングには、UV 光にさらされている間にウイルス溶液が流れるコイル システムが含まれています。

SolaVAX™ プロセスは、インフルエンザ ワクチンの製造方法と同様、不活化されたウイルス病原体を使用して免疫応答を刺激するという従来のワクチン技術に根ざしています。 しかし、SolaVAX™ は、プロセスの最後に溶液から除去する必要があるホルマリン、ベータ プロピオラクトンなどの有毒化学物質の代わりに、安全で良性のビタミン リボフラビン (一般にビタミン B2 として知られています) を使用します。 言い換えれば、彼らの方法は、望ましい免疫反応を刺激する抗原タンパク質を保存しながら、病原体を不活性にする「より穏やかな」方法であるが、同様に効果的な方法であるとハートソン氏は説明した。

VacciRAPTOR の設計は、同じリボフラビンと UV 光の化学反応を使用して浄水装置を作成した Mizia と Goodrich の以前の共同研究からインスピレーションを受けています。

リボフラビン-UV光プロセスでは、液体の各単位体積が均一かつ一貫して照射される必要があるとミジア氏は述べ、プロジェクトの工学的課題について説明した。 「表面積全体を照らすために大きな光源と大きなプレートがあり、液体を流し込んでいると想像してみてください。ここの隅が中心ほど多くの照明を受けられなかったらどうなるでしょうか?」 ミジアは言った。 「その問題を解決する方法は、均質な光フィールドを通るかなり小さな通路を設けることでした。それが私たちがコイルのアイデアを思いついた方法です。」

オリジナルの Mirasol 血液病原体減少装置は、1 分あたり約 30 ミリリットル (または 1 オンス) の液体を処理します。 それに比べて、エンジニアの新しい高流量装置は毎分約 1,000 ミリリットル (または 1 リットル) の液体を不活化することができる、とミジアとウィルマンとともに VacciRAPTOR に取り組み、論文を執筆中の機械工学の修士課程学生であるアンドラスキ氏によると、テクノロジーについて。

「我々は、この装置が最終的には1時間当たり80リットルを超える量、つまり1時間当たり10万回分のワクチンを処理できるのではないかと理論立てている」とアンドラスキ氏は語った。

生物医科学部の助教授であるイザベラ・ラガン氏は、VacciRAPTORを使用して、汎コロナウイルスワクチンやリーシュマニア症用ワクチンなどのワクチンを製造および試験するチームの一員として働いている。 「現在の計画は、この新しい装置を研究プログラムに使用し、寄生虫、細菌、ウイルスに対する他の不活化ワクチン候補を開発することです」とラガン氏は語った。 「この装置は前臨床試験に必要なワクチン材料の作成に役立ちます。」

生物医学科学の助教授であるイザベラ・ラガン博士と DVM 学生のアリーナ・バイスは、VacciRAPTOR を通過させた後、ジカウイルス溶液の処理済みサンプルを分析します。

さらに、VacciRAPTORは、ワクチンへのアクセスが依然として課題となっている世界の地域において、ポリオ、インフルエンザ、その他のウイルスのワクチンをより迅速、効率的、安全に製造する新しい方法を呼び起こす可能性があるとグッドリッチ氏は付け加えた。

VacciRAPTOR 光化学反応器に関する共同作業は、昨年アンシュッツ財団から後押しを受けました。 チームは、将来のパンデミックを防ぐことを目的としたプロジェクトに資金を提供しているCSUへの200万ドルの贈り物の一部を獲得しました。 パワーハウス エネルギー キャンパスのミジア氏のチームは、その資金を利用して、熱管理やタッチスクリーン ユーザー コントロールの改善など、デバイスの設計の改良を続けています。

グッドリッチ氏は、CSUのワクチン研究能力を新たな高みに引き上げているミジアおよびチームとのパートナーシップについて振り返った。

「イノベーションとは、実際には、さまざまな才能やさまざまなスキルセットを持つ人々を集めて、問題に取り組むことだ」とグッドリッチ氏は語った。 「エンジニアリングの背景を持つ人が必要です。回路を配線し、照明システムを設置し、監視装置やフローシステムを設計する方法を知っている人が必要です。ウイルスの増殖方法について生物学の背景を持つ人が必要です。どれも必要ありません。」これは、私たちがここCSUで行っているような協力や協力なしで行われます。」

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