En estas instalaciones de Chesterfield, Misuri, billones de bacterias producen diminutos bucles de ADN que contienen genes de coronavirus, la materia prima de la vacuna de Pfizer-BioNTech.
Es el comienzo de un complejo proceso de fabricación y pruebas que dura 60 días y en el que participan instalaciones de Pfizer en tres estados. El resultado serán millones de dosis de la vacuna, congeladas y listas para ser enviadas.
PASO 1
Sacar el ADN del congelador
Una científica extrae viales de ADN del banco celular maestro, que es la fuente de cada lote de la vacuna para la COVID-19 de Pfizer. Los viales se mantienen a –150°C o menos, y contienen pequeños anillos de ADN llamados plásmidos.
Gen de la
proteína de
espiga del
coronavirus
Proteínas
de espiga del
coronavirus
Gen de la
proteína de
espiga del
coronavirus
Proteínas
de espiga del
coronavirus
Cada plásmido contiene un gen de coronavirus, las instrucciones genéticas para que una célula humana construya proteínas de coronavirus y desencadene una respuesta inmune al virus.
“Esto como que me recuerda al 11 de septiembre. Esa misma sensación de: ¿y qué estabas haciendo en ese momento?”– Amy BarnesCIENTÍFICA SÉNIOR
Los científicos descongelan los plásmidos y modifican un lote de bacterias E. coli para que tomen los plásmidos dentro de sus células.
Un solo vial puede llegar a producir hasta 50 millones de dosis de la vacuna.
PASO 2
Cultivar las células
“Rara vez trabajas en algo en el laboratorio y al llegar a casa enciendes la televisión y ves que los diez principales titulares son sobre aquello en lo que estabas trabajando hoy”.– Katherine CalhounCIENTÍFICA ASOCIADA
El vial de bacterias modificadas se introduce en un matraz de medio de crecimiento de color ámbar, un entorno estéril y cálido que favorece la multiplicación de las bacterias.
Multiplicación
de las bacterias
Multiplicación
de las bacterias
PASO 3
Fermentar la mezcla
Las bacterias se dejan crecer durante la noche y luego se trasladan a un gran fermentador que contiene hasta 300 litros de un caldo nutritivo.
Fermentación
de las bacterias
Fermentación
de las bacterias
El caldo bacteriano pasa cuatro días en el fermentador, multiplicándose cada 20 minutos y haciendo billones de copias de los plásmidos de ADN.
PASO 4
Recoger y purificar el ADN
Una vez finalizada la fermentación, los científicos añaden productos químicos para romper las bacterias y liberar los plásmidos de las células que los contienen.
La mezcla entonces se purifica para eliminar las bacterias y dejar solo los plásmidos.
PASO 5
Prueba de calidad
Se comprueba la pureza de los plásmidos y se comparan con muestras anteriores para confirmar que la secuencia del gen del coronavirus no ha cambiado.
Gen de
la proteína
de espiga
ADN lineal
para comparación
Gen de
la proteína
de espiga
PASO 6
Cortar los plásmidos
Si los plásmidos superan los controles de calidad, se añaden a la mezcla unas proteínas llamadas enzimas. Las enzimas cortan los plásmidos circulares y separan los genes del coronavirus en segmentos rectos, un proceso llamado linealización que dura alrededor de dos días.
Enzimas que
cortan los
plásmidos
Enzimas que
cortan los
plásmidos
PASO 7
Filtrar el ADN
Cualquier bacteria o fragmento de plásmido restante se filtra, dejando botellas de un litro de ADN purificado.
Las secuencias de ADN se prueban de nuevo, y servirán como plantillas para la siguiente etapa del proceso. Cada botella de ADN producirá alrededor de 1,5 millones de dosis de la vacuna.
Las instalaciones de Chesterfield son la única fuente de plásmidos de Pfizer para su vacuna para la COVID-19. Pero el acabado de la vacuna requiere varios pasos más en otras dos instalaciones.
PASO 8
Congelar, empaquetar y enviar
Cada frasco de ADN se congela, se coloca en una bolsa, se sella y se embala con un pequeño monitor que registrará su temperatura en tránsito.
“Lo que hacemos es muy importante porque básicamente controlamos todo lo que se envía. Cada frasco que va a cada persona pasa primero por nosotros”.– Sahar GholamiTÉCNICA DE LABORATORIO
Hasta 48 frascos se empaquetan en un contenedor con suficiente hielo seco para mantenerlos congelados a –20°C. Los contenedores se cierran con llave para evitar que sean alterados y se envían a una planta de investigación y fabricación de Pfizer en Andover, Massachusetts.
La planta de Andover procesará el ADN para convertirlo en ARN mensajero, o ARNm, el ingrediente activo de la vacuna de Pfizer-BioNTech.
Otras botellas se envían por avión a las instalaciones de BioNTech en Maguncia, Alemania, donde se procesan para Europa y otros mercados.
PASO 9
Transcribir el ADN en ARNm
Dentro de las instalaciones de Andover, unas paredes amarillas marcan la sala de ARNm. Cinco frascos de ADN se descongelan durante un día y luego se mezclan con los componentes básicos del ARN mensajero.
Durante varias horas, las enzimas abren las plantillas de ADN y las transcriben en cadenas de ARNm. La vacuna terminada llevará el ARNm a las células humanas, que leerán el gen del coronavirus y comenzarán a producir proteínas del mismo.
Transcripción
de ADN en ARNm
Transcripción
de ADN
en ARNm
La mezcla se traslada a un tanque de retención y, a continuación, se filtra para eliminar cualquier ADN no deseado, enzimas u otras impurezas. Cada lote producirá finalmente hasta 7,5 millones de dosis de la vacuna.
PASO 10
Probar el ARNm
“Esta nueva nanopartícula lipídica de ARN era nueva para nosotros, pero podíamos sacar nuestras herramientas de eficacia comprobada y entenderla, y analizarla, y averiguar cómo hacerla de alta calidad”.– Meg Rueschvicepresidenta de investigación y desarrollo
La vacuna de Pfizer-BioNTech fue la primera vacuna de ARNm autorizada para su uso de emergencia en personas.
Los científicos hacen repetidas pruebas al ARNm filtrado para verificar su pureza y confirmar que la secuencia genética es correcta.
El resultado son diez bolsas de ARNm de coronavirus. Cada bolsa contiene 16 litros y representa la materia prima para unas 750.000 dosis de la vacuna.
PASO 11
Congelar, empaquetar y enviar (de nuevo)
Las bolsas de ARNm se congelan a –20°C y se envían a las instalaciones de Pfizer en Kalamazoo, Michigan, donde se procesan para obtener la vacuna acabada y se envasan en viales. Las muestras también se envían a las instalaciones de Pfizer en Chesterfield, donde vuelven a ser analizadas.
La planta de Andover puede producir dos lotes de ARNm a la semana, cada uno de unos diez bolsas. La instalación hizo su primer lote de prueba el pasado mes de julio, y recientemente ha duplicado su capacidad de ARNm al añadir una segunda sala.
Un proceso paralelo en Maguncia, Alemania, procesa el ADN de la planta de Chesterfield y envía bolsas de ARNm filtrado a Puurs, Bélgica.
PASO 12
Preparar el ARNm
“No hay descansos de fin de semana. No hay espacios en blanco en el plan del proyecto. Se contrata a gente, se pone a todos los que se puede. Pero la calidad incorporada es la misma que haríamos para cualquier vacuna”.– Meg Rueschvicepresidenta de investigación y desarrollo
Las instalaciones de Kalamazoo reciben las bolsas de ARNm, las mantienen congeladas hasta que las necesitan y luego descongelan lo suficiente para producir 3,6 millones de dosis de la vacuna, es decir, 600.000 viales.
El ARNm descongelado se mezcla con agua para preparar la vacuna.
PASO 13
Preparar los lípidos
En un proceso separado, los científicos preparan los lípidos oleosos que protegerán el ARNm y lo ayudarán a entrar en las células humanas.
Los lípidos se miden y se mezclan con etanol, que finalmente se eliminará de la vacuna terminada.
PASO 14
Ensamblar la vacuna de ARNm
“Aquí es donde ocurre la magia”.– Patrick McEvoydirector sénior de operaciones e ingeniería
Un conjunto de 16 bombas controla con precisión el flujo de las soluciones de ARNm y lípidos, y luego las mezcla para crear nanopartículas lipídicas
Lípidos que
envuelven
el ARNm
Nanopartículas
lipídicas
Lípidos que
envuelven
el ARNm
Nanopartículas
lipídicas
Cuando los lípidos entran en contacto con los filamentos desnudos de ARNm, la carga eléctrica los une en un nanosegundo. El ARNm queda envuelto en varias capas de lípidos, formando una vacuna aceitosa y protectora.
Sincronizar ocho pares de bombas no es una solución ideal, pero los ingenieros de Pfizer optaron por ampliar la tecnología existente en lugar de intentar construir un tipo de dispositivo de mezcla de precisión más grande y no probado.
La vacuna recién hecha se filtra para eliminar el etanol, se concentra y se vuelve a filtrar para eliminar cualquier impureza y, finalmente, se esteriliza.
PASO 15
Preparar los viales
“Fabricamos cientos de millones de dosis de producto que van a parar a mucha gente. Es una responsabilidad impresionante, y nos la tomamos muy, muy en serio”.– Chaz Calitrivicepresidente de operations
Cientos de miles de viales vacíos se lavan y se esterilizan con calor.
Un conjunto de 13 cámaras realiza una inspección visual de alta velocidad en la que toman más de 100 fotografías de cada vial. Los viales con grietas, astillas u otras imperfecciones se retiran de la línea.
Una máquina independiente somete cada vial al vacío para confirmar que no tiene fugas.
PASO 16
Carrera para llenar los viales
“Es como una carrera de relevos”.– Patrick McEvoydirector sénior de operaciones e ingeniería
El flujo de viales se reduce a una línea de una sola fila. Las máquinas inyectan 0,45 ml de una solución de vacuna concentrada en cada vial, suficiente para seis dosis tras la dilución. Los viales se sellan con papel de aluminio y se cierran con tapas moradas, a un ritmo de hasta 575 viales por minuto. (Las imágenes de arriba muestran una prueba de funcionamiento, con viales vacíos).
La vacuna está refrigerada pero se calienta rápidamente durante el proceso de embotellado, y el ARNm se deteriora si se deja sin congelar durante demasiado tiempo. Kalamazoo dispone de un tiempo limitado, unas 46 horas, para introducir la vacuna líquida en viales y luego en el congelador.
PASO 17
Envasar, congelar y probar
Los viales llenos se inspeccionan de nuevo, se etiquetan y se empaquetan en “cajas de pizza”, pequeñas bandejas de plástico con capacidad para 195 viales cada una.
Las bandejas se agrupan en pilas de cinco y se cargan en uno de los 350 congeladores industriales. Cada congelador tiene capacidad para 300 bandejas
El presidente Joe Biden observó las bandejas de vacunas que entraban en la cámara frigorífica de las instalaciones de Pfizer en Kalamazoo el 19 de febrero. Doug Mills/The New York Times
La vacuna tarda un par de días en alcanzar la temperatura de –70°C necesaria para su almacenamiento a largo plazo, y cada congelador se somete a pruebas para garantizar que cada estante pueda mantener esa temperatura ultrafría.
Una vez congelados, los viales de la vacuna se conservan durante cuatro semanas de pruebas. Las muestras se envían a las instalaciones de Andover que produjeron el ARNm y a las de Chesterfield que proporcionaron las plantillas de ADN.
En la actualidad, Pfizer trabaja en un plazo de 60 días de principio a fin, y más de la mitad de ese tiempo se dedica a las pruebas.
PASO 18
Envasar y enviar la vacuna terminada
Tras semanas de pruebas, la vacuna está lista para ser enviada. Los trabajadores sacan las bandejas de los congeladores y las empaquetan en cajas de envío con sensores de temperatura y localización. El pedido mínimo es una bandeja de 195 viales, y en una caja caben hasta cinco bandejas.
Cada caja contiene 20 kilos de hielo seco, tanto que las instalaciones de Pfizer en Kalamazoo ahora fabrican el hielo seco in situ. Pfizer ahora también evalúa diferentes formulaciones de la vacuna, incluyendo versiones liofilizadas y listas para usar que no requerirían el almacenamiento en frío.
La producción comercial de la vacuna comenzó en septiembre. Hasta el 22 de abril, la planta había entregado más de 150 millones de dosis de vacunas en Estados Unidos. Pfizer espera entregar 220 millones de dosis a finales de mayo y 300 millones a mediados de julio.
EL ÚLTIMO PASO
Administrar la vacuna
“Vi en las noticias que iban a desplegar estos lugares de vacunación masiva, pero necesitaban enfermeras porque estaban escasas. Y me dije: tengo que ir. Tengo que ir a ayudar”.– Jacquelyn Chartierenfermera vacunadora
Unos 141 millones de personas en Estados Unidos —más de la mitad de los adultos del país— han recibido al menos una dosis de una vacuna para la COVID-19. En todo el mundo se han administrado más de mil millones de dosis.
La ciudad de Los Ángeles acoge un centro de vacunación masiva en el estadio de los Dodgers, arriba. El 5 de febrero, los trabajadores de la salud administraron miles de inyecciones de la vacuna de Moderna, que también utiliza ARNm para crear inmunidad. (Moderna se negó a facilitar el acceso a sus instalaciones para las filmaciones).
La vacuna de dosis única de Johnson & Johnson usa un adenovirus para transportar el ADN a las células humanas. Un centro de Baltimore dirigido por Emergent BioSolutions tuvo que desechar hasta 15 millones de dosis de la vacuna de Johnson & Johnson por una posible contaminación.
PRÓXIMOS PASOS
Una vacuna para las variantes
Muchas de las variantes del coronavirus que ahora circulan tienen mutaciones clave en sus proteínas de espiga que ayudan al virus a unirse más fuertemente a las células humanas o a evadir algunos tipos de anticuerpos.
Pfizer y BioNTech ahora desarrollan y prueban nuevas versiones de su vacuna contra las variantes recientes, y podrían llegar a alterar su receta genética para producir en masa vacunas para la COVID-19 dirigidas a variantes específicas.
Para ello, Pfizer volvería al lugar donde comenzó su producción de vacunas, al banco de células maestras de Chesterfield que mantiene anillos de ADN en congelación.
Un nuevo lote de ADN con genes de coronavirus modificados podría producir una vacuna ligeramente diferente, que animase al sistema inmunitario a reconocer mejor las mutaciones recientes del coronavirus.