Pfizer sản xuất Vaccine COVID-19 như thế nào?

 Bên trong một cơ sở sản xuất tại Chesterfield, bang Missouri, Mỹ, hàng nghìn tỉ con vi khuẩn đang sản xuất ra những vòng DNA nhỏ xíu chứa gen của virus corona – đây chính là nguyên liệu thô để sản xuất vaccine COVID-19 của Pfizer-BioNTech. Đây là một quy trình sản xuất và thử nghiệm cực kì phức tạp kèo dài 60 ngày và cần đến các cơ sở sản xuất của Pfizer ở 3 bang khác nhau. Kết quả sẽ là hàng triệu liều vaccine đông lạnh sẵn sàng giao đến mọi nơi trên thế giới.

Bước 1: lấy DNA từ kho lạnh

Các nhà khoa học sẽ lấy các lọ chứa DNA từ một ngân hàng tế bào tổng, đây chính là nguồn gốc của mọi lô vaccine COVID-19 của Pfizer. Các lọ này được trữ ở nhiệt độ -150 độ C hoặc thấp hơn, chúng chứa những vòng DNA nhỏ gọi là plasmid. Mỗi plasmid chứa gen của virus corona, đây chính là chỉ dẫn để tế bào trong cơ thế người nhận biết và tạo ra các protein gai giống như coronavirus và kích hoạt phản ứng miễn dịch đối với loại protein này.

Các nhà khoa học sẽ rã đông plasmid và điều chỉnh một “lô” vi khuẩn E. Coli để những vi khuẩn này tiếp nhận plasmid vô trong tế bào của chúng. Mỗi ống lạnh như thế này có thể dùng để sản xuất đến 50 triệu liều vaccine.

Bước 2: nuôi tế bào

Các lọ chứa vi khuẩn đã điều chỉnh sẽ được cho vào một dung dịch có màu hổ phách, đây là môi trường vô trùng và ấm để giúp vi khuẩn sinh sôi nảy nở.

Bước 3: lên men hỗn hợp

Vi khuẩn sẽ được để cho sinh trưởng qua đêm, sau đó người ta sẽ di chuyển chúng vào một thùng lên men chứa 300 lít dung dịch dinh dưỡng. Hỗn hợp này sẽ được để trong thùng trong 4 ngày, cứ mỗi 20 phút vi khuẩn sẽ nhân lên và tạo ra hàng nghìn tỉ vòng plasmid.

Bước 4: thu thập và làm sạch DNA

Khi quá trình lên men hoàn tất, các nhà khoa học sẽ trộn thêm một số hóa chất để phá vỡ thành tế bào của vi khuẩn, giải phóng plasmid ra ngoài. Sau đó hỗn hợp sẽ được đem đi tiệt trùng để loại bỏ vi khuẩn, chỉ còn chừa lại plasmid mà thôi.

Bước 5: kiểm tra chất lượng

Các plasmid sẽ được đem đi kiểm tra về độ thuần khiết, so sánh với các mẫu trước đó nhằm đảm bảo rằng chuỗi gen của coronavirus không bị thay đổi.

Bước 6: cắt plasmid

Nếu các plasmid vượt qua vòng kiểm tra chất lượng, một số enzyme sẽ được thêm vào hỗn hợp. Các enzyme này sẽ chịu trách nhiệm cắt những vòng plasmid tại những vị trí định trước, tách gen của virus corona thành những đoạn thẳng. Quy trình này gọi là linearization và nó tốn khoản 2 ngày.

Bước 7: lọc DNA

Những vi khuẩn hay các mảnh plasmid còn sót lại sẽ được lọc bỏ, chỉ chừa lại các chai chứa 1 lít DNA đã được làm sạch. Lại một lần nữa Pfizer sẽ kiểm tra các chuỗi DNA và các dung dịch này sẽ được dùng làm nền cho giai đoạn tiếp theo của quy trình sản xuất vaccine. Mỗi chai DNA sẽ cho ra đời 1,5 triệu liều vaccine.

Nhà máy của Pfizer ở Chesterfield chỉ mới là nơi sản xuất plasmid mà thôi, còn để tạo ra một liều vaccine hoàn chỉnh thì sẽ cần qua nhiều bước nữa tại 2 nhà máy khác của Pfizer.

Bước 8: đông lạnh, đóng gói và giao hàng

Mỗi chai DNA sẽ được đông lại, đóng vào bao, niêm phong lại, mỗi bao sẽ có một màn hình nhỏ ghi lại nhiệt độ trong quá trình di chuyển. Mỗi container sẽ chứa được tối đa 48 chai và một lượng đá khô đủ để giữ chúng ở nhiệt độ -20 độ C. Các container sau đó được khóa lại để tránh bị can thiệp và giao đến cơ sở sản xuất & nghiên cứu của Pfizer tại thị trấn Andover, bang Massachusetts.

Nhà máy ở Andover sẽ xử lý các DNA để biến chúng thành các vật chất di truyền, cụ thể là mRNA – hay mRNA thông tin – nguyên liệu chính để chế tạo vaccine. Nhà máy này phục vụ cho thị trường Mỹ, còn các container khác thì sẽ được giao đến nhà máy của BioNTech ở Mainz, Đức để phục vụ thị trường Châu Âu và những quốc gia khác.

Bước 9: chuyển DNA thành mRNA

Bên trong nhà máy ở Andover, mỗi ngày sẽ có 5 chai DNA được rã đông, sau đó đem trộn với các hỗn hợp khác. Trong nhiều giờ sau đó, các enzyme sẽ đọc mã di truyền trên DNA và tạo ra những đoạn mRNA. Vaccine khi hoàn chỉnh sẽ mang mRNA vào tế bào của con người, các tế bào sẽ đọc gen của virus corona và bắt đầu sản xuất các protein của virus. Dung dịch này sẽ được đổ vào một bồn chứa, sau đó lọc đi để bỏ những DNA, enzyme và các tạp chất khác. Mỗi lô sẽ được dùng để sản xuất 7,5 triệu liều vaccine.

Bước 10: kiểm tra mRNA

Vaccine của Pfizer-BioNTech là vaccine mRNA đầu tiên được phê duyệt khẩn cấp để sử dụng cho người. Các nhà khoa học chuyên về phân tích sẽ liên tục kiểm tra các mRNA để xác định tính thuần khiết của chúng và xác nhận rằng trình tự gen có đúng hay không. Kết quả là 10 túi mRNA được sinh ra, mỗi túi chứa 16 lít và đây chính là nguyên liệu thô cho 750.000 liều vaccine.

Bước 11: lại đông lạnh, đóng gói và giao hàng

Các túi mRNA tiếp tục được đông lại ở nhiệt độ -20 độ C và gửi đến nhà máy Pfizer ở Kalamazoo, bang Michigan. Đây là nơi chúng được tiếp tục xử lý để tạo ra vaccine hoàn chỉnh và đóng gói vào các lọ nhỏ. Một lượng mẫu nhỏ sẽ được gửi ngược về nhà máy tại Chesterfield để kiểm tra thêm 1 lần nữa.

Nhà máy tại Andover có thể sản xuất 2 lô mRNA mỗi tuần, mỗi lo 10 gói. Nhà máy đã sản xuất thử nghiệm lô đầu tiên vào tháng 7 năm 2020, và mới đây đã tăng gấp đôi năng lực sản xuất mRNA khi bổ sung dây chuyền thứ hai.

Nhà máy tại Mainz, Đức cũng thực hiện quá trình tương tự rồi gửi các túi mRNA đã lọc về nhà máy tại Puurs, Bỉ.

Bước 12: chuẩn bị mRNA

Nhà máy ở Kalamazoo sẽ nhận các túi mRNA, giữ đông cho đến khi cần thiết và sau đó rã đông để sản xuất 3,6 triệu liều vaccine. Những mRNA sau khi đã ra9o65ng sẽ được trộn với nước để chuẩn bị cho quá trình sản xuất.

Bước 13: chuẩn bị lipid

Song song với việc rã đông mRNA, các nhà khoa học sẽ chuẩn bị những lipid dầu để bảo vệ mRNA và cho phép chúng thâm nhập vào tế bào của con người. Các lipid được trộn với ethanol, dung dịch này sẽ được loại bỏ khỏi sản phẩm vaccine sau khi hoàn tất.

Bước 14: “lắp ráp” vaccine thành phẩm

Một cái kệ bao gồm 16 chiếc bơm được kiểm soát chính xác sẽ bơm mRNA vào dung dịch lipid, sau đó trộn chúng lên để tạo ra các hạt lipid siêu nhỏ.

Khi lipid tiếp xúc với chuỗi mRNA thô, điện tích sẽ hút chúng lại với nhau trong chỉ nano giây. Các mRNA lúc này đã được “đóng gói” bởi nhiều lớp lipid, tạo ra một lớp dầu bảo vệ các hạt vaccine.

Việc đồng bộ 2 hệ thống bơm (mỗi hệ thống gồm 8 chiếc bơm) không phải là giải pháp tối ưu, nhưng các kĩ sư của Pfizer quyết định sẽ tiếp tục mở rộng công nghệ hiện tại thay vì cố gắng phát triển một thiết bị trộn vaccine mới có công suất cao hơn nhưng lại chưa được thử nghiệm, ít nhất ở thời điểm này. Các vaccine mới được sản xuất để loại bỏ ethanol, cô đặc lại và lọc thêm lần nữa để bỏ hết tạp chất, cuối cùng được đem đi tiệt trùng.

Bước 15: chuẩn bị lọ chứa

Hàng trăm nghìn lọ chứa vaccine sẽ được rửa, đem đi tiệt trùng bằng nhiệt độ cao. 13 chiếc camera sẽ liên tục kiểm tra và chụp hơn 100 ảnh của mỗi lọ, nếu phát hiện bất kì vết nứt hay dấu hiệu lạ nào thì lọ đó sẽ được bỏ khỏi dây chuyền. Một chiếc máy khác sẽ đóng chân không từng lọ một để đảm bảo rằng chúng không bị rỉ.

Bước 16: đưa vaccine vào lọ chứa

Dây chuyền chứa vác lọ chứa sẽ được thu hẹp lại ở một đầu, khi đó chúng sẽ được sắp thành 1 hàng. Các hệ thống máy sẽ bơm 0,45ml dung dịch vaccine cô đặc vào mỗi lọ, đủ cho 6 liều vaccine sau khi pha loãng. Mỗi lọ được bọc giấy bạc và đóng nắp màu tím. Công suất của dây chuyền hiện tại là 575 lọ mỗi phút.

Vaccine tuy đã được làm nguội nhưng chúng sẽ nóng lên nhanh chóng trong quá trình đóng chai. mRNA sẽ bị hỏng nếu không được đông lạnh trong thời gian quá dài. Nhà máy ở Kalamazoo chỉ có 46 tiếng để đưa vaccine lỏng vào các lọ rồi tiếp tục cấp đông chúng.

Bước 17: đóng gói, đông lạnh và kiểm tra

Các lọ đã được bơm vaccine sẽ được kiểm tra thêm lần nữa, dán nhãn và đóng goi 1vào những khay nhựa nhỏ, mỗi khay chứa 195 lọ. Các khay này sẽ chồng lên nhau (5 khay / chồng) và đưa vào một trong số 350 máy lành lạnh công nghiệp, mỗi máy chứa được 300 khay.

Sẽ cần vào ngày để vaccine giảm xuống nhiệt độ -70 độ C, nhiệt độ cần thiết để lưu trữ lâu dài. Mỗi máy làm lạnh đều được kiểm tra liên tục để đảm bảo rằng nhiệt độ cực lạnh này có thể đạt được.

Khi đã được làm đông, các lọ vaccine sẽ được lưu trữ 4 tuần cho mục đích thử nghiệm. Các mẫu sẽ dc trích ra và gửi về nhà máy Andover, cũng như về nhà máy ở Chesterfield để lưu mẫu.

Pfizer hiện cần 60 ngày để hoàn thành quy trình sản xuất ra một lọ vaccine từ đầu đến cuối, một nửa trong số đó là dành cho khâu kiểm tra.

Bước 18: đóng gói và giao vaccine thành phẩm

Sau nhiều tuần kiểm tra, vaccine đã sẵn sàng để giao. Công nhân viện rút các khay từ những máy làm lạnh và đóng gói vào các hộp có gắn cảm biến vị trí cũng như cảm biến nhiệt độ. Mỗi khay chứa 195 lọ, và mỗi thùng chứa được tối đa 5 khay.

Mỗi thùng như vậy chứa đến 20kg đá khô, và Pfizer cần đá khô nhiều tới mức nhà máy ở Kalamazoo phải tự sản xuất đá khô để dùng. Pfizer cũng đang đánh giá nhiều công thức vaccine khác nhau, trong đó có những công thức không cần trữ đông siêu lạnh ở khâu cuối.

Việc sản xuất vaccine thương mại đã bắt đầu vào tháng 9/2020, đến 22/4, nhà máy đã giao hơn 150 triệu liều vaccine cho Mỹ, và dự kiến đến cuối tháng 5 sẽ là 220 triệu, đến giữa tháng 7 là 300 triệu.

Bước cuối cùng: phân phối vaccine

Khoản 151 triệu người Mỹ, trong đó hơn phân nửa là người lớn, đã được chích ít nhất 1 liều vaccine COVID-19. Hơn 1 tỉ liều đã được phân phối trên toàn cầu.

Bước kế tiếp, các công ty sản xuất vaccine đang nghiên cứu tác dụng của phiên bản vaccine hiện tại với các biến chủng mới, cũng như phát triển những công thức có thể giúp thế giới đối đầu với những biến chủng nguy hiểm này. Các biến chủng này có những đột biến ở protein gai khiến chúng bám chặt hơn vào tế bào của con người và có thể né một số loại kháng thể.

Pfizer và BioNTech đang phát triển, thử nghiệm những phiên bản vaccine mới để chống lại điều này, và có thể họ sẽ điều chỉnh công thức dùng cho việc sản xuất hàng loạt những dòng vaccine nhắm tới một số biến chủng cụ thể.

Để làm được điều này, Pfizer sẽ cần quay lại từ đầu chuỗi sản xuất, tức là nhà máy tại Chesterfield, nơi các vòng DNA đang được trữ đông. Một lô DNA mới chứa gane của virus corana đã được điều chỉnh sẽ tạo ra một loại vaccine hơi khác một chút, để giúp hệ miễn dịch nhận biết được những đột biến mới của virus corona.