十分な量の新型コロナウイルスワクチンの製造は物流上の悪夢

ミシガン州南西部の片隅に、冷凍庫が何列にも並ぶ広大な工業地帯が、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）との戦いにおいて最重要拠点の一つとなりつつあります。間もなく、これらの冷凍庫には数百万回分のワクチンが詰め込まれ、近年最大規模の世界規模のワクチン接種キャンペーンの一環として配布される予定です。ベルギーのプールスにも、同様の施設が建設され、英国をはじめとするヨーロッパ諸国向けのワクチンを製造・保管する予定です。

これらの施設はいずれも、ドイツのビオンテック社と共同開発したワクチンが最終段階の臨床試験で良好な結果を示したことを最初に発表した米国の製薬会社、ファイザー社の所有物です。11月9日、ファイザー社とビオンテック社は、ワクチンの有効性が90%を超えるという予備的な証拠を発表しました。9日後、両社は臨床試験の完全な結果で、ワクチンが新型コロナウイルス感染症の症例を95%予防したことが示されたと発表しました。新型コロナウイルス感染症ワクチンを開発している米国の製薬会社、モデルナ社も、中間解析でワクチンの有効性がほぼ95%であることが示されたと発表しました。

これら2つのワクチンが、米国と欧州で最初に承認されるワクチンになる可能性が高くなっています。（中国のCanSinoBIO社製とロシア保健省製の2つのワクチンは、臨床試験の終了前に既にこれらの国で限定的な使用が承認されています。）これら4つのワクチンに加えて、現在8つのワクチンが第3相臨床試験（ワクチンのコロナウイルスに対する有効性を判断するための大規模な試験）を実施中です。かつては遠い未来の話と思われていた効果的なコロナウイルスワクチンが、今や現実のものとなりつつあります。

しかし、だからといって、来年の夏、あるいは2021年末までに私たち全員がワクチン接種のために列に並ぶことになるわけではありません。今、ワクチン接種の課題は新たな決定的な段階へと移行しています。それは、数十億回分のワクチンを製造し、世界中に配布し、必要とするすべての人に接種するという途方もない努力です。

ファイザー／バイオンテックとモデルナの2つの主要ワクチンは、どちらも非常によく似た技術に基づいています。これらはメッセンジャーRNA（mRNA）ワクチンと呼ばれるもので、少量の遺伝物質を体内の細胞に注入することで、細胞に小さなタンパク質を生成させ、コロナウイルスに対する免疫反応を刺激することで効果を発揮します。今回の場合、これら2つのワクチンに含まれる遺伝物質（mRNA）は、COVID-19を引き起こすウイルスが細胞内に侵入して様々な被害を引き起こすスパイクタンパク質の生成をコード化しています。しかし、mRNAはスパイクタンパク質のみをコード化し、ウイルスの残りの部分はコード化しないため、重症化させることなく免疫系がウイルスを認識できるように訓練するには十分です。

ペンシルベニア大学でmRNA治療薬を研究している助教授ノーバート・パーディ氏は、このタイプのワクチンはワクチン生産の規模拡大において大きな利点があると説明する。主要成分は比較的単純で、ワクチンを作るのにそれほど時間もかからない。ファイザーとモデルナがどのようにワクチンを製造しているかは正確にはわかっていないが、研究室でmRNAワクチンを製造するのは比較的簡単だ。酵素、DNA配列、そしてmRNAの基本的な構成要素である多数のヌクレオチド塩基を混ぜてmRNAのコピーを作る。数時間待つとmRNAを精製し、脂質ナノ粒子と呼ばれる小さな容器に詰め込むことができる。この容器はmRNAが体内の酵素によって破壊されることなく細胞内に入り込むのを助ける。

ワクチンを実際に製造するとなると、当然のことながら、研究室での製造よりもはるかに大規模な規模で行わなければなりません。モデルナ社とファイザー社のワクチンはどちらも数週間間隔をあけて2回の接種が必要なため、世界中のすべての人にワクチンを接種するには150億回分以上のワクチンが必要になります。しかも、ワクチンの容器が腐敗したり、破損したり、冷凍庫の奥で紛失したりすることは考慮されていません。感染拡大を阻止するためにすべての人にワクチンを接種する必要はないため、正確な数字ははるかに少なくなるかもしれませんが、基本的な前提はシンプルです。大量のワクチンを、そして迅速に製造する必要があるのです。

ここで、mRNAワクチンにはもう一つの利点があります。比較的シンプルな方法で製造できるため、巨大で高価な工場を建設する必要がありません。独自のRNA治療薬を製造するグリーンライト・バイオサイエンス社のCEO、アンドレイ・ザルール氏は、「この種のワクチンは、業界で一般的な2,000リットルのバイオリアクターで容易に製造できます」と述べています。また、mRNAワクチンは体内でのウイルスタンパク質の合成に依存するため、免疫反応を引き起こすのに必要な量が少なく、同じ量の液体からより多くの投与量を得ることができます。ザルール氏は、2,000リットルのバイオリアクターで、鶏卵で培養しなければならない場合もある従来のワクチンの同量の100倍の量のワクチンを生産できる可能性があると見積もっています。

これらはすべて素晴らしいニュースだが、mRNAワクチンという斬新さ――この種のワクチンはまだ承認されていない――は問題も引き起こしている。この種のワクチンをこれほど大規模に製造する必要はこれまでなく、必要なスピードで製造できるサプライチェーンが整備されていないのだ。「（研究所の）プロセスは、そもそも産業用、世界規模のプロセスとして設計されたものではない」とザルール氏は言う。ワクチンメーカーは、ワクチンの原料となるヌクレオチドなどの原材料の入手に苦労するかもしれない。「人々はサプライチェーンのボトルネックを解消する方法を懸命に模索しているが、現実的には長期的な解決策は産業用プロセスの開発だ」と彼は言う。

ゲイツ財団は4月、それぞれ異なるワクチンを製造できる7つの工場を建設することを約束しましたが、十分な量のワクチンを生産・供給するには依然として長い時間がかかります。1、2年で数十億回分のワクチンを製造できるほどの余剰工場は存在しません。「もしあなたがヌクレオチドメーカーだとしたら、承認されるかどうかわからないワクチン用のヌクレオチドを製造するために、1億ドル規模の工場を建設するリスクを負うでしょうか？」とザルール氏は言います。「だからこそ、世界各国政府はより緊密な連携を取り、このパンデミックの状況をより真剣に受け止める必要があるのです。」

では、短期間でどれくらいのワクチンを生産できるのでしょうか？ファイザーは、2020年末までに最大5,000万回分、さらに2021年に13億回分を生産できると発表しています。モデルナは、年末までに2,000万回分、2021年には5億回分から10億回分を目標としています。これは依然として膨大な量のワクチンであり、もし両社がこれらの生産量を達成できれば、2021年末までに10億人以上にワクチンを接種するのに十分な量となります。

これらすべてのワクチンを配布することは、新たな頭痛の種となるでしょう。mRNAは高温で急速に分解するため、ファイザー社のワクチンは-80℃で保管する必要があります。

医療施設への輸送には、ドライアイスを詰めた専用の箱が必要で、5日ごとに補充し、最大15日間保管する必要があります。USA Todayによると、超低温保管の必要性を見越して、ドライアイスの売上はすでに急増しています。これは、ほとんどの医療センターにとって大きな頭痛の種です。なぜなら、ほとんどの医療センターには、そのような低温まで冷却できる冷凍庫がないからです（一般的な冷凍庫はマイナス20℃まで冷やすことができます）。発展途上国の一部では、2℃から8℃の通常のワクチン用冷蔵庫さえ利用できないため、問題はさらに深刻化するでしょう。

流通に関しては、モデルナ社のワクチンの方が取り扱いがやや容易なようです。2℃から8℃の温度で最大30日間安定保存でき、-20℃で最大6ヶ月間保管可能です。残念ながら、モデルナ社の生産量見積もりはファイザー社のそれよりも低いため、輸送は最も容易かもしれませんが、短期的には最も入手しやすいワクチンではないかもしれません。

こうした技術的なハードルはあるものの、コロナウイルスワクチンの供給において最も困難な部分は、まさに最終段階、つまり人々にワクチンを接種することかもしれない。「感染対策の問題に加え、そもそも医療従事者がそれほど多くなく、誰もが手一杯になっているため、ワクチン接種の実施自体が大きな課題になるだろうと考えています」と、リーディング大学薬学研究部の准教授、アル・エドワーズ氏は述べている。大規模なワクチン接種プログラムを実施するには、数百万人もの人々の調整が必要であり、3週間間隔で2回のワクチン接種を受けなければならない。これは、普段でも物流上の課題だが、パンデミックの最中においては悪夢と言えるだろう。

ガーディアン紙の報道によると、英国のワクチン接種プログラムには、地域看護師、街の薬局、退職医師、一般開業医に加え、その他のスタッフが参加し、簡単な研修を受ける予定です。イングランドでは、NHS（国民保健サービス）が医療従事者に対し、必要なワクチン接種を行うため、一部のクリニックは週7日午前8時から午後8時まで営業する可能性があると通知しています。

こうした課題にもかかわらず、2021年中には、最も脆弱な人々や医療従事者をはじめ、必要な人々にワクチンが供給され始める可能性が高まっています。2021年末までにほとんどの人がワクチン接種を受けることは難しいでしょうが、慎重ながらも楽観的な見方ができる理由があります。そして、より多くのワクチンが第3相試験の終了を迎えるにつれ、代替製造方法を用いた異なるワクチンが利用可能になり、生産能力が増強される可能性も十分にあります。最終的には、貴重な集団免疫の閾値に近づくためには、さまざまなワクチンを組み合わせることになるだろうと、ザルール氏は述べています。「ワクチンに対して複数のアプローチがあるという事実は、非常に大きな力となります。」

マット・レイノルズはWIREDの科学編集者です。@mattsreynolds1からツイートしています。

この記事はWIRED UKで最初に公開されました。