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Covid-Impfstoffe: Die Ungeduld der Impfwilligen steigt. bild: shutterstock

3 Gründe, warum wir nicht einfach mehr Impfstoff produzieren (können)



Die Schweizer Impfoffensive kommt noch nicht richtig in die Gänge. Dass der Motor stockt, hängt unter anderem von der Anzahl Impfdosen ab, welche das Land erreichen: Nur wenn geliefert wird, kann auch gespritzt werden. Erhält die Schweiz die zugesprochenen Mengen termingerecht, sollten bis Ende Juni sämtliche Impfwilligen mindestens eine erste Dosis erhalten haben.

Doch weshalb geht's nicht schneller?

Um die Frage der Produktionsgeschwindigkeit zu beantworten, müssen die Herstellungsprozesse analysiert werden. Diese sind bei den mRNA-Impfstoffen Comirnaty (von BioNTech, Pfizer und Fosun) und mRNA-1273 (Moderna, NIAID) am besten dokumentiert – enthalten aber selbstverständlich auch einige Lücken.

Wo liegen die Schwierigkeiten bei der Produktion?

Die Produktion der mRNA-Impfstoffe von BioNTech und Moderna lassen sich (vereinfacht) in folgende Arbeitsschritte unterteilen:

  1. Produktion von DNA
  2. Herstellung der RNA und Stabilisierung
  3. Produktion von Lipid-Nanopartikeln und Pufferung
  4. Formulierung, Abfüllung, Verpackung und Vertrieb

1. Produktion der DNA

Am Anfang steht die DNA. Sie wird zuerst in Kleinstmengen künstlich hergestellt und in Zellen von E.-Coli-Bakterien eingeschleust. Beim anschliessenden Vermehrungsprozess der Bakterien wird auch die DNA reproduziert. Aus wenig Wunsch-DNA wird viel Wunsch-DNA. Nach ein paar Tagen werden die E.-Coli-Bakterien getötet, die DNA geerntet und getestet. Es handelt sich dabei um relativ einfache Standardverfahren.

In einem Satz: Die Produktion der DNA ist nicht das Nadelöhr der Impfstoffproduktion.

2. Herstellung der RNA und Stabilisierung

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Der Unterschied zwischen DNA und RNA. Bild: Shutterstock

Im Artikel «Exploring the Supply Chain of the Pfizer/BioNTech and Moderna COVID-19 vaccines» von Jonas Neubert und Cornelia Scheitz heisst es: «Der Umwandlungsprozess von DNA zu mRNA in lebenden Zellen ist zwar ausführlich erforscht. Das Ganze in grossen Mengen, in einer Fabrik und mit einer möglichst langen Haltbarkeit zu tun, ist eine Herausforderung, deren Lösung noch in ihren Kinderschuhen steckt.»

PS: Der oben erwähnte Artikel existiert auch auf Deutsch. Man kann ihn hier lesen. Es lohnt sich.

Mit der gewonnenen DNA und einem Verfahren namens Polymerisation wird RNA produziert. Doch der Stoff ist in Reinform zu fragil und zersetzt sich schnell. Zur Stabilisierung wird dem RNA-Strang am Anfang und am Ende eine sogenannte «Cap», eine Kappe, aufgesetzt. Idealerweise geschieht das bereits während der Polymerisation. Dafür erforderlich ist allerdings ein Produkt, ein sogenanntes Analogon, das nur von einem einzigen Hersteller (TriLink) vertrieben wird.

Ob das TriLink-Analogon Teil der zugelassenen Impfstoffe ist, ist nicht bekannt. Es gibt andere Verfahren RNA-Stränge zu «cappen». Diese ziehen aber einen Rattenschwanz an weiteren Arbeitsschritten mit sich und sind deshalb weniger effizient. Aufgrund verschiedener Indizien wird vermutet, dass mindestens Pfizer das TriLink-Analogon einsetzt. Die Abhängigkeit von einem Hersteller wäre indes nicht ideal.

3. Produktion von Lipid-Nanopartikeln und Pufferung

Als weiterer Schutz wird die RNA mit einer Lipid-Hülle (Fett) ummantelt: Aus Lipiden und RNA entstehen Lipid-Nanopartikel (LNP). Pfizer und Moderna verwenden dafür einen unterschiedlichen Lipid-Mix. Es wird vermutet, dass dies der Grund ist, weshalb der Moderna-Impfstoff weniger stark gekühlt werden muss als das Produkt von Pfizer/BioNTech.

Um als Zutat für einen Impfstoff zugelassen zu werden, müssen Lipide (und andere Stoffe ebenfalls) über gewisse Qualitätsmerkmale verfügen. Das erschwert einen raschen Ausbau von bereits bestehenden Produktionsstätten. Das erschwert aber auch die Berücksichtigung neuer Zulieferer, welche zuerst dafür zertifiziert werden müssten.

Bei den Lipiden handelt es sich um ein rares Gut, wie Bundeskanzlerin Angela Merkel im Februar am Impfgipfel feststellen musste. Noch rarer sind allerdings die Fachkräfte. Dazu noch einmal Neubert und Scheitz: «Die Anzahl Fachkräfte, die Lipide und mRNA zu Lipid-Nanopartikel kombinieren können, liegt womöglich im niedrigen dreistelligen Bereich». Bisher war die Produktion davon ein Nischenmarkt.

Puffer sorgen für einen stabilen ph-Wert und bieten dem Wirkstoff damit ebenfalls Schutz. Ihre Beschaffung und Anwendung bieten im Vergleich zur Herstellung von LNPs keine Probleme.

In einem Satz: Die Skalierung der Produktion von Lipid-Nanopartikeln stellt das grösste Nadelöhr in der Produktion von Impfstoffen dar.

4. Formulierung, Abfüllung, Verpackung und Vertrieb

Die LNP, die Puffer und eine Zuckerlösung müssen zum fertigen Impfstoff gemischt, abgefüllt, verpackt und schnellstmöglich tiefgekühlt werden – auf Temperaturen zwischen -60 und -80 Grad. Das erfordert spezialisierte Anlagen – und spezialisiertes Material.

Die Impfstoff-Ampullen müssen besonders temperaturresistent sein. In der Regel kommen dafür Borosilikatglas-Ampullen zum Einsatz. Den Markt teilen sich laut Leidinger/Scheitz «eine Handvoll Produzenten». Ob diese die Nachfrageexplosion stemmen können, bleibt unklar.

Alternativ kann mindestens Pfizer auf die Alternative von Gorilla-Glas-Hersteller Corning zurückgreifen. Dank Geldern des US-Programms «Operation Warp Speed» konnte die Produktion von «Valor Glas» bereits im Juni 2020 hochgefahren werden. Der akute Geldsegen ist ein Indiz dafür, dass auch die Nachfrage an Impfstoff-Behältnissen zu Engpässen führen kann.

Kurbeln die Hersteller die Produktion genügend an?

Ob Pfizer/BioNTech und Moderna die Produktion «genügend» ankurbeln, oder so sehr ankurbeln, wie nur möglich, kann nicht beantwortet werden. Sie kurbeln die Produktion aber an.

Im September 2020 – drei Monate vor der ersten Zulassung des Impfstoffes – erwarb BioNTech von Novartis einen Produktionsstandort in Marburg. In der Pressemitteilung vom 17. September kündigt BioNTech an, in Marburg 750 Millionen Dosen des Impfstoffs pro Jahr herstellen zu können.

Einen ähnlichen Weg ging Moderna-Produzent Lonza. Bereits seit September 2020 produziert der Schweizer Pharma-Riese an seinem Standort in Portsmouth, New Hampshire. Zusätzlich werden in Visp drei Produktionslinien mit der erhofften Kapazität von 800'000 Dosen pro Tag errichtet. Eine davon ist nach der erteilten Bewilligung durch Swissmedic vor einem Monat bereits in Betrieb.

Die Aufregung, welche entstand, als der «Tages-Anzeiger» berichtete, die Schweiz habe am selben Standort eine eigene Produktionslinie abgelehnt, ist verständlich. Doch der Traum vom «eigenen Impfstoff» und einer Durchimpfung in wenigen Tagen war unrealistisch. Ein Blick auf die Produktionsabläufe und die Eigentumsrechte hätte genügt, um die Aufregung als Sturm im Wasserglas zu enttarnen.

Lonza ist nur der Produzent des Wirkstoffs. Die Abfüllung, das sogenannte Fill & Finish, geschieht in Madrid. Ausserdem verfügt Lonza offensichtlich über den Platz, nicht aber über die Befugnis, der Schweiz eine eigene Produktionslinie anzubieten. Dafür wäre Moderna zuständig.

Fazit: Es ist (wieder einmal) nicht so einfach.

Pfizer verpackt seine Impfstoffe in sogenannten «Thermal Shippers». Das sind ausgeklügelte Lieferkartons, die sicherstellen, dass das wertvolle Gut 10 Tage lang bei -70 Grad tiefgefroren bleibt. In einem Karton können maximal 5000 Impfdosen transportiert werden. Dafür werden 23 Kilogramm Trockeneis verwendet.

Der Laie akzeptiert diese Zahlen wortlos, die Ingenieure müssen derweil sicherstellen, dass immer genügend Trockeneis zur Verfügung steht. Pfizer hat deshalb, so berichtet die «Washington Post», kürzlich eine eigene Trockeneis-Produktionsstätte errichtet.

Die Trockeneisfabrik steht exemplarisch für die gesamte Skalierung der Impfstoffproduktion: Sie tönt einfacher, als sie tatsächlich ist. Auch die Produktion von Lipid-Nanopartikeln fristete vor der Pandemie ein Nischendasein. Quasi über Nacht ist die Nachfrage danach explodiert und das Material muss in rauen Mengen und natürlich in medizinischer Qualität produziert werden. Um diese sicherzustellen, werden die Bauteile immer wieder getestet, purifiziert, gereinigt. Die Produktion der ersten Moderna-Dosen dauerte 42 Tage. 14 davon gingen alleine für Keimfreiheitstest drauf. Denn noch schlimmer als keine Impfdosen wären verunreinigte Präparate.

Mit Materialien von:

«Exploring the Supply Chain of the Pfizer/BioNTech and Moderna COVID-19 vaccines» - Jonas Neubert und Cornelia Scheitz.

Why Even Presidential Pressure Might Not Get More Vaccine to Market Faster -

«A vial, a vaccine and hopes for slowing a pandemic — how a shot comes to be» - Washington Post

«Der Bund wollte keine eigene Impfstoff­produktion haben» - Tages-Anzeiger

«Pfizer Sets Up Its ‘Biggest Ever’ Vaccination Distribution Campaign» - WSJ

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Video: watson

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