I frigoriferi speciali dietro il COVID

Una delle grandi storie della scorsa settimana è stata l’annuncio dei risultati di studi clinici che suggeriscono che un nuovo vaccino contro il COVID-19 sviluppato attraverso lo sforzo congiunto delle società americane e tedesche Pfizer e BioNTech è fortemente efficace nel fornire l’immunità dal virus. Nel bel mezzo di quello che per molti paesi rappresenta il secondo picco della pandemia globale, questa notizia è stata accolta con entusiasmo ed è diventata oggetto di molte manovre politiche.

Sebbene attualmente disponiamo di due candidati al vaccino con risultati dei test molto positivi, una delle cose più interessanti per noi è la necessità di mantenere le dosi del vaccino Pfizer/BioNTech estremamente fredde finché non vengono somministrate. Analizziamo i dettagli del problema di refrigerazione in questione.

Questo particolare vaccino deve essere refrigerato a -80 gradi Celsius finché non è pronto per l'uso. Ciò rappresenta un problema significativo per qualsiasi programma di vaccinazione di massa, perché mentre i congelatori a -80 gradi sono una cosa fatta in termini di produzione, non si trovano comunemente nell’assistenza sanitaria comunitaria. I laboratori e i principali ospedali potrebbero averli, ma ci viene detto che anche in un paese sviluppato i medici di base che avranno il compito di somministrare il vaccino finora ne hanno avuto poco bisogno. Se questo rappresenta un problema in un luogo con risorse significative, è amplificato in modo significativo nelle regioni meno ricche del mondo, perché per combattere efficacemente una pandemia globale è imperativo che l’intero pianeta sia vaccinato per evitare un residuo serbatoio di infezione.

Non sono un biologo, ma in ogni corso di biologia scolastica si insegnano le basi della vaccinazione per i bambini. Alla fine del XVIII secolo il dottor Edward Jenner inoculò con successo un ragazzo con il virus del vaiolo bovino per conferire l'immunità al vaiolo, e da ciò sviluppò la scienza dell'immunologia. È probabile che tutti noi avremo ricevuto vaccini simili che la nostra biologia del liceo semplifica per noi come relazioni indebolite o meno potenti del bersaglio, e il fatto che i killer del passato stiano ora scomparendo nella memoria popolare è la testimonianza del loro successo.

Questi sono i colpi che i miei medici e il loro team nell’Oxfordshire somministrano a migliaia, e con essi possono proteggere generazioni di bambini britannici utilizzando solo un frigorifero relativamente convenzionale. Cosa c'è di così speciale allora nel vaccino Pfizer/BioNTech? La risposta sta nel suo metodo di funzionamento, invece di esporci a un agente patogeno è un cosiddetto vaccino a RNA. Contiene un frammento del materiale genetico del virus, che una volta somministrato entra nelle nostre cellule e innesca la loro risposta immunitaria al coronavirus. Il problema, ci viene detto, risiede nella fragilità dell'RNA, e per evitare che si degradi è necessario un frigorifero extra-freddo.

Come ingegneri, la nostra ovvia domanda successiva è cosa rende un -80° C congelatore così speciale? Siamo su basi più solide per quanto riguarda il funzionamento di un frigorifero: si tratta di una pompa di calore dotata di radiatore, valvola di espansione e condensatore, attraverso il quale viene pompato un propellente da un compressore. Il propellente condensante provoca il raffreddamento dell'interno del frigorifero e l'energia catturata risultante viene irradiata come calore nell'ambiente dal radiatore. C'è un limite al livello di differenziale di temperatura che può essere creato da una pompa di calore di questo tipo, quindi i congelatori a -80 gradi ne hanno due in serie. Sono meno efficienti e più costosi da produrre rispetto al frigorifero domestico, ma la loro produzione è ben consolidata. Ci viene detto che semplicemente non ce ne sono abbastanza dove ce ne sarebbe bisogno, e quindi è interessante pensare per un minuto alle implicazioni di ciò.

Si potrebbe pensare che dotare tutti i medici di congelatori adeguati a -80 gradi sarebbe la cosa più ovvia, dopo tutto, anche se non sono economici in termini interni (una rapida ricerca su Google suggerisce $ 10.000 e oltre), con i governi che investono miliardi nella pandemia a loro costo. sarebbe facilmente gestibile. Ma il problema risiede nella catena di approvvigionamento, il mercato globale per loro in tempi non pandemici non è sufficiente perché ci sia capacità produttiva per soddisfare una domanda enorme e inaspettata. È improbabile che gli impianti di refrigerazione domestica possano essere attrezzati per produrli in grandi quantità entro un lasso di tempo ragionevole, quindi la prospettiva di un nuovissimo congelatore a -80 gradi che atterra nell'ambulatorio del mio medico sembra scarsa. Ci si potrebbe aspettare che tali dispositivi possano essere richiesti ai proprietari attuali, alle università e ai laboratori di ricerca, ma qui sta un altro problema. Questi vaccini sono destinati all’iniezione nei pazienti e pertanto devono essere protetti a tutti i costi dalla contaminazione. L'idea di un frigorifero appena uscito da un laboratorio di chimica universitario dove gli studenti di dottorato lo hanno utilizzato per conservare composti organometallici altamente tossici è semplicemente insostenibile se si vogliono evitare gravi rischi per i pazienti.