Frysetørring af vacciner kan redde menneskeliv

Vacciner har spillet en central rolle i kampen mod infektionssygdomme, siden Edward Jenner i 1796 dokumenterede, at infektion med kokopper kan beskytte mennesker mod koppevirus. Takket være en effektiv vaccine og massive globale kampagner blev kopper officielt erklæret udryddet i 1979. Og det er langt fra den eneste succes. Antallet af poliotilfælde er på kun tyve år blevet nedbragt fra over 300.000 til omkring 2.000 på verdensplan, og stivkrampe hos spædbørn er nu udryddet i to tredjedele af verdens udviklingslande.
Alligevel dør 2,1 millioner mennesker hvert år af infektionssygdomme, der kunne forhindres ved vaccination med allerede eksisterende vacciner. I følge WHO døde der fx 611.000 mennesker af mæslinger og 214.000 af stivkrampe i 2002. Dertil kommer de mange millioner dødsfald forårsaget af infektionssygdomme, som der endnu ikke findes effektive vacciner imod. Nogle eksempler er malaria, tuberkulose og AIDS, der alene står for 5,6 millioner dødsfald om året.
Derfor bliver der forsket intensivt i at udvikle vacciner mod disse infektionssygdomme samt i at forbedre allerede eksisterende vacciner. En af de mest benyttede strategier er vacciner, som er baseret på udvalgte komponenter fra den sygdomsfremkaldende organisme, såkaldte antigener. I modsætning til vacciner, der består af inaktiverede eller svækkede hele organismer, er antigener lettere at masseproducere, så de lever op til nutidens stramme regulatoriske krav, og antigener vil ikke udgøre nogen risiko for individer med svækket immunforsvar.
Et problem med at bruge antigener som vacciner er imidlertid, at deres høje renhedsgrad betyder, at de mangler evnen til at aktivere immunforsvaret og dermed tilkalde de celler, der sætter kroppens forsvarsmekanismer i gang. Derfor kombineres antigenerne ofte med et hjælpestof, som skal aktivere immunforsvaret.
På Statens Serum Institut forskes der i et nyt hjælpestof bestående af liposomer af det overfladeaktive stof dimethyldioctadecylammonium bromid (DDA) og immunmodulatoren trehalosedibehenat (TDB). Dette hjælpestof (adjuvans) har vist sig at være særdeles effektivt i eksperimentelle vacciner mod tuberkulose og malaria, hvor gængse hjælpestoffer ikke har effekt. De første kliniske undersøgelser med malariavaccinen indledtes i efteråret 2006.

Formuleringen af vacciner har ofte afgørende betydning for, om de virker efter hensigten eller ej. Det er derfor vigtigt at tage hensyn til de virksomme stoffers fysiske, kemiske og farmakologiske egenskaber.
Kemisk og fysisk stabilitet ved længere tids opbevaring er et af de vigtigste kriterier ved udvikling af vacciner. Nedbrydning og  aggregering af komponenterne i vaccinen kan nemlig føre til ændring af vaccinens egenskaber og dermed forringet virkning. I værste tilfælde kan ændringerne forårsage bivirkninger.
Vekselvirkninger mellem en vaccine og det omgivende medium spiller ofte en essentiel rolle for destabilisering af formuleringen. Traditionelt bruger man køling eller frysning til at forsinke uønskede vekselvirkninger, men dette er ofte et problem i udviklingslandene, hvor mange infektionssygdomme er mest udbredte.
Det gælder også for malaria og tuberkulose. En vigtig faktor, når man udvikler vacciner mod disse sygdomme, er hele problematikken omkring kølekæden; dvs. køling eller frysning under transport og lagring. I udviklingslandene er det ofte svært eller umuligt at opretholde kolde temperaturer, der sikrer en optimal stabilitet af vacciner under distributionen. Derfor vil det være en stor fordel, hvis en vaccine rettet mod sygdomme i udviklingslandene formuleres på en måde, så den bliver uafhængig af kølekæden.
Holdbarheden af en vaccine kan øges ved at sænke mængden af opløsningsmiddel i vaccinen til et niveau, der sætter den naturlige kinetiske omdannelsesproces i stå. Hvis fx interaktionerne mellem opløsningsmiddel og lægemiddelstof sænkes fra én vekselvirkning pr. sekund til én pr. time, vil en given formulering være stabil i ti år i stedet for blot i et døgn. Derfor er tørre formuleringer ofte at foretrække ved udvikling af vacciner til brug i udviklingslande.

Frysetørring af vacciner er den mest anvendte metode til at opnå en tør formulering uden at påvirke indholdsstoffernes struktur og egenskaber. Men frysetørring er ikke bare en metode, der er etableret en gang for alle og dermed fungerer for alle produkter. Den skal optimeres til hver enkelt formulering.
Ved frysetørring fryses vaccinen, hvorved vandet separeres fra de resterende komponenter i formuleringen, hvilket sker ved, at vandet danner iskrystaller. Derefter anbringes vaccinen i et vacuum, hvorved iskrystallerne overgår direkte fra fast form til gas og bliver trukket ud af vaccinen, mens det faste stof efterlades.
For at sikre at formuleringen ikke tager skade under frysning og tørring, tilsættes beskyttelsesstoffer. Sukkerstoffet trehalose er fra naturen kendt for at beskytte mikroorganismer mod ekstrem kulde og tørke. Denne attraktive egenskab skyldes at trehalose ikke reagerer med de andre komponenter under oxidation, hvilket ofte er årsag til ringe stabilitet; trehalose er kosmotrop, dvs. at det kan erstatte og strukturere vandmolekyler; trehalose er en glasdanner og kan danne glaslignende strukturer, og endelig kan trehalose erstatte vand ved hydrogenbindinger til de cellemembraner eller de molekyler, sukkerstoffet skal beskytte. Derfor er trehalose den mest anvendte beskytter ved frysetørring af cellemembraner og ligeledes velegnet til beskyttelse af liposomer, hvis membraner ligner cellemembraners.
Vi har opnået gode resultater med trehalose som beskytter af liposomer bestående af DDA/TDB. Analyser af de temperaturer, hvor liposomerne går fra gelfase (som smør) til flydende fase (som olie) tyder på, at der ikke er nogen direkte vekselvirkning mellem liposomerne og trehalose. Det betyder, at trehalose kan beskytte liposomerne udelukkende ved stoffets evne som glasdanner, der sætter trehalose i stand til at fortrænge vandet og danne en gitterstruktur som liposomerne bliver fanget i. Det medfører, at liposomerne bevarer deres tredimensionelle struktur.
Når vaccinen skal anvendes, opslemmes de frysetørrede liposomer i vand. En god måde at analysere hvor godt liposomerne bliver rehydreret på, er ved at måle, om de efter tilsætning af vand opnår den samme partikelstørrelse som før frysetørringen. Vores resultater viser, at man via frysetørring af DDA/TDB med mere end 7 procent trehalose opnår den samme gennemsnitsstørrelse af liposomerne ti minutter efter rehydreringen som før frysetørringen.