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¿Por qué el desarrollo de vacunas lleva tanto tiempo?

¿Por qué el desarrollo de vacunas lleva tanto tiempo?


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El principio fundamental detrás de una vacuna es tomar un virus desactivado, "mostrárselo" al sistema inmunológico para que pueda "aprender" cómo se ve, de modo que si el virus real nos ataca, nuestro sistema inmunológico ya está preparado para eso. Las vacunas se han desarrollado utilizando esta idea incluso en la década de 1880.

Si ese es el caso, ¿por qué se necesita tanto tiempo y esfuerzo para desarrollar una vacuna, por ejemplo, contra el covid-19? (¿y por qué hay varias variantes con diferentes medidas de confiabilidad?) ¿Se trata solo de equilibrar la fuerza con la que dañamos al patógeno original, demasiado daño y nuestro cuerpo podría no aprender los identificadores correctos, y con poco daño y aún podría estar activo? suficiente para causar la enfermedad?


La respuesta de Roni Saiba hace un buen trabajo al explicar lo que implica el desarrollo actual de la vacuna y por qué requiere tanto esfuerzo, pero quiero abordar directamente la pregunta de por qué no podemos simplemente cultivar un virus, matarlo con rayos UV y tener una protección vacuna.

La respuesta es que no todas las respuestas inmunes a los antígenos virales son útiles para combatir las infecciones de ese virus. En algunos casos puede resultar perjudicial; los anticuerpos contra el virus del dengue de un serotipo se adhieren a las partículas virales de otro serotipo, pero no pueden inactivarlas. La unión de los anticuerpos a los virus activos hace que su absorción por las células sea más eficiente, y las infecciones en las que se produce esta mejora dependiente de anticuerpos son más graves que las infecciones por dengue por primera vez.

Algunos virus han desarrollado mecanismos para sacar provecho de esto. La razón por la que necesitamos recibir una nueva vacuna contra la influenza cada año es que los virus de la influenza presentan un "botón" al final de su glicoproteína que puede cambiar su estructura y aún así conservar su función. Esta parte es mucho más 'visible' para el sistema inmunológico que las partes del virus que no pueden tolerar los cambios, por lo que la respuesta inmune a esta parte variable supera y previene una respuesta inmune que proporcionaría una protección duradera. Las vacunas conservadas dirigidas al tallo se están investigando intensamente por este motivo. El SARS-CoV-2 también puede tener un mecanismo de falsificación inmunológica: las glicoproteínas de "pico" responsables de unirse al receptor ACE2 y entrar en la célula se convierten a su forma posterior a la unión prematuramente parte del tiempo. Los anticuerpos que se unen a la forma "posfusión" de la proteína no inactivan el virus, y esta forma sobresale más, por lo que puede servir para competir por la atención inmune con la forma previa a la fusión que proporcionaría protección si se uniera a anticuerpos.

En este último ejemplo, podemos ver que una vacuna hecha de partículas muertas del virus del SARS-CoV-2 sería inútil si todas las proteínas de la punta se hubieran convertido al estado posterior a la fusión. Por lo tanto, las vacunas de ARNm no codifican la proteína de pico natural, sino una versión mutada que no puede convertirse al estado posterior a la fusión tan fácilmente:

S-2P se estabiliza en su conformación de prefusión mediante dos sustituciones de prolina consecutivas en las posiciones de aminoácidos 986 y 987.

En conclusión, los virus y el sistema inmunológico son muy complicados. Las vacunas simples funcionan para algunos virus y no para otros. Cuando no funcionan, la razón siempre es diferente, pero espero haberle comunicado algo de comprensión general de los problemas de fondo.

EDICIONES: Esto no se relaciona con el resto de mi respuesta, pero quiero responder a la de Ilmari Karonen y no hay suficiente espacio en un comentario.

Observar el cronograma para el desarrollo de la vacuna contra el SARS-CoV-2 da una impresión muy engañosa de cuánto tiempo lleva en general. Esto se debe a que ~ 90% del trabajo de desarrollo ya se realizó antes de que se identificara el COVID-19, en los 18 años transcurridos desde que comenzó el brote de SARS-CoV-1 en 2002. Se desarrollaron y probaron vacunas contra el SARS hasta los ensayos de fase I, pero no pudo continuar desde que se eliminó el virus. Discutí esto en una respuesta anterior a una pregunta similar, pero para expandir / reformatear, aquí hay algo de lo que sabíamos y teníamos disponible el 17 de marzo de 2020, cuando comienza la "línea de tiempo de la vacuna covid":

  1. Identificó el receptor como ACE2 y supo que los anticuerpos que se dirigen al dominio de unión al receptor (RBD) de la proteína de pico neutralizan el virus. Ya se desarrollaron y validaron protocolos para probar que estos también eran válidos para el SARS-CoV-2. Sin esto, habría habido mucha más experimentación de prueba y error y comienzos en falso con candidatos a vacunas que parecían prometedores pero que no dieron resultado en las pruebas.
  2. Modelos animales. No existe un organismo modelo de origen natural para COVID-19. Este es un punto sutil porque otros animales pueden infectarse con el virus y algunos desarrollan morbilidades debido a él. Sin embargo, estos son lo suficientemente diferentes de lo que vemos en los humanos, por lo que no se puede suponer que algo que protege contra las reacciones que vemos en el animal proteja contra las reacciones que causan problemas en los humanos. Para el SARS, los investigadores desarrollaron ratones transgénicos que usaban la versión humana de ACE2 y demostraron que la enfermedad que contrajeron del SARS era análoga a la enfermedad que contraían los humanos. Esto tomó varios años, y la colonia todavía estaba disponible cuando el virus que causó el brote en Wuhan fue identificado como similar al SARS y los investigadores comenzaron a buscar modelos animales. Por otro lado, en una entrevista en This Week in Virology que no puedo encontrar en este momento, uno de los mantenedores de esa colonia dijo que estaban a meses o semanas de cerrarla y sacrificar a todos los ratones transgénicos cuando comenzó la pandemia. así que si los fondos hubieran sido un poco más ajustados, probablemente no estaríamos teniendo esta conversación en particular ahora.
  3. La forma de estabilizar la forma previa a la fusión de las proteínas de pico de coronavirus se determinó a partir del trabajo en las vacunas contra el SARS y el MERS.

Además de estos, se había acumulado una gran cantidad de conocimientos diversos sobre las funciones del coronavirus y las reacciones inmunes a ellos, y esto aceleró el desarrollo y aumentó la confianza en los resultados, lo que permite que la producción y las pruebas de candidatos a vacunas se desarrollen de manera más agresiva.

Históricamente, el desarrollo de vacunas ha llevado años o décadas de investigación después de que se ha identificado la necesidad. Las pruebas son aún más largas en muchos casos, pero el caso actual es muy inusual.


Si bien las respuestas existentes son excelentes y cubren muchas de las dificultades en el desarrollo de vacunas, creo que no abordan (o al menos enfatizan lo suficiente) el concepto erróneo fundamental en el centro de la pregunta:

Si ese es el caso, ¿por qué se necesita tanto tiempo y esfuerzo para desarrollar una vacuna, por ejemplo, contra el covid-19?

La respuesta a esa pregunta es simple: desarrollar una vacuna no no tomar mucho tiempo. Lo que lleva mucho tiempo es pruebas la vacuna y asegurándose de que no tenga efectos secundarios imprevistos.

Por ejemplo, echemos un vistazo a la vacuna Pfizer / BioNTech COVID-19, ya que ha aparecido en las noticias últimamente. Para ahorrar tiempo y esfuerzo de investigación, busqué en Google la "cronología de la vacuna pfizer covid" y encontré este artículo de Financial Review, cuya cronología resumiré a continuación:

  • 17 de marzo de 2020: Se anuncian los planes para desarrollar la vacuna.
  • 29 de abril de 2020 (seis semanas después): comienzan las primeras pruebas en voluntarios humanos. En este punto, el desarrollo de la vacuna está esencialmente hecho., y la vacuna presumiblemente ya ha pasado las pruebas iniciales utilizando in vitro cultivos celulares y sujetos de prueba en animales para asegurarse de que al menos parece estar haciendo algo y no tiene ninguna obviamente malos efectos secundarios. (Los primeros ensayos en humanos se realizan con cuatro variantes diferentes de la vacuna, porque los desarrolladores obviamente quieren minimizar el riesgo de tener que empezar de cero en caso de que una variante específica resulte ineficaz o peligrosa).
  • 1 de julio de 2020 (dos meses después): se anuncian los resultados preliminares de las primeras pruebas en humanos. Se elige una vacuna candidata particularmente prometedora de las cuatro variantes iniciales para realizar más pruebas.
  • 2 de diciembre de 2020 (cinco meses después): el Reino Unido es el primer país en aprobar la vacuna para su uso a través de un sistema de "revisión continua", que permite aprobar temporalmente una nueva vacuna para uso de emergencia en una epidemia incluso cuando todavía se está sometiendo pruebas adicionales. Actualmente, se están revisando solicitudes de autorizaciones de uso de emergencia similares en otros países, incluidos EE. UU. Y Canadá.

Entonces, básicamente, incluso bajo este régimen de aprobación y pruebas de emergencia extremadamente acelerado (que redujo en meses lo que normalmente tomaría años), el desarrollo real de la vacuna tomó menos del 20% del tiempo total desde la planificación inicial hasta la aprobación. Todo lo demás son solo pruebas, pruebas y más pruebas.

Ahora, las otras respuestas ya han cubierto bastante bien las razones por las que se necesitan todas estas pruebas, pero de todos modos permítanme dar un resumen rápido para completar:

  • Las vacunas destinadas a los seres humanos deben probarse en seres humanos, porque esa es la única forma de asegurarse de que funcionan y son seguras de usar para los seres humanos. Los cultivos celulares y los modelos animales nunca pueden dar una imagen completamente precisa de cómo la vacuna interactuará con el sistema inmunológico completo en un cuerpo humano real.

  • Debido a que todos los cuerpos humanos son diferentes, cualquier vacuna nueva (u otro tratamiento médico) debe probarse con tantas personas diferentes como sea posible, con tantas edades, orígenes étnicos, afecciones preexistentes, etc. como sea posible, para asegurarse de que que no existen efectos secundarios dañinos que solo se manifiestan en un pequeño subconjunto de la población.

  • Además, al probar una vacuna, una de las cosas más importantes que deben confirmarse es que realmente previene la enfermedad. Pero dado que sería muy poco ético exponer deliberadamente a los sujetos de prueba a una infección peligrosa, la única forma de probar eso es vacunar a muchos sujetos de prueba voluntarios y esperar a que algunos de ellos se expongan naturalmente a la enfermedad (y luego comparar los resultados). sujetos de prueba vacunados con un grupo de control no vacunado). Esta espera lleva tiempo, y dado que (para la mayoría de las enfermedades) la mayoría de los sujetos de prueba nunca se expondrán ni se infectarán de todos modos, significa que se necesitan muchos más sujetos.

  • Debido a que las pruebas en humanos son intrínsecamente riesgosas (pero necesarias), nadie quiere correr el riesgo innecesario de administrar una vacuna completamente no probada a un gran número de personas. Sin embargo, todavía es necesario realizar pruebas a un gran número de personas para confirmar que la vacuna es segura para todos. Debido a esto, las pruebas se llevan a cabo invariablemente en múltiples fases: primero con solo una pequeña cantidad de voluntarios, luego (si no aparecen problemas graves en las pruebas iniciales) con un grupo un poco más grande, y luego con un grupo aún más grande, y pronto. Pero dado que cada nueva fase solo puede iniciarse después de que se hayan recopilado suficientes datos de la fase anterior, esto multiplica la ya larga duración de la prueba por varias veces.

FWIW, la mayoría de los mismos problemas se aplican a todos los tratamientos médicos nuevos, no solo a las vacunas. El desarrollo y la prueba de nuevos medicamentos también son notoriamente lentos y costosos por prácticamente las mismas razones, e incluso entonces hay muchos casos en los que los efectos secundarios importantes solo se descubrieron cuando el medicamento ya estaba en el mercado.

Un problema que afecta específicamente a las vacunas es que son tratamientos preventivos que deben administrarse a una gran fracción de la población sana, no solo a las personas ya infectadas. (Incluso solo vacunar a grupos específicos de alto riesgo no suele ser suficiente para proporcionar inmunidad colectiva). Esto significa que su seguridad debe ser probada con un estándar significativamente más alto (ya que muchas más personas recibirán la vacuna) y eso, como se señaló arriba, determinar su eficacia requiere un grupo más grande de sujetos de prueba (ya que no todos los sujetos estarán expuestos a la enfermedad).

De todos modos, el resultado de todo esto es que si no fuera por todas estas pruebas y nuevas pruebas, podríamos haber tenido una vacuna COVID-19 en abril, o tal vez antes. (Moderna comenzó su desarrollo de vacunas ya en enero, y sus primeros ensayos en humanos en marzo). Pero incluso frente a una pandemia global, la prueba sigue siendo necesaria para asegurarse de que las vacunas que finalmente se aprueben y se utilicen ampliamente hagan lo que se supone que deben hacer, y que los efectos secundarios que puedan tener no resulten ser peores que las infecciones que previenen.


Por cierto, esta necesidad de pruebas exhaustivas en humanos para confirmar la seguridad y eficacia de una vacuna incluso después de que se haya desarrollado no es solo la razón por la que incluso una empresa a menudo desarrollará múltiples vacunas candidatas iniciales en paralelo, sino también una de las principales razones ( además del simple capitalismo) por qué hay tantas diferentes vacunas en competencia desarrolladas por diferentes compañías. Básicamente, incluso las empresas que llegaron tarde para comenzar el desarrollo y las pruebas de sus vacunas podrían, durante mucho tiempo, esperar ser las primeras en comercializar si las pruebas presentaran problemas graves con las vacunas de sus competidores.

Por supuesto, también existen otras razones: la segunda, tercera, cuarta, etc., empresas que obtengan la aprobación de su vacuna también pueden esperar ganar una participación decente en el mercado, especialmente si su vacuna resulta ser más barata, más efectiva y / o más fácil de aplicar. almacenar y transportar que las alternativas. Además, muchos países pueden preferir utilizar una vacuna desarrollada y producida localmente, si hay alguna disponible, para limitar su dependencia de proveedores extranjeros.


Si bien es cierto que en algunos casos se usan desactivados (por ejemplo, virus muertos por calor), las vacunas Pfizer, Moderna son de hecho vacunas de ARNm. La siguiente figura del sitio web de Oxford detalla los procesos involucrados en el desarrollo de una vacuna basada en ADN. Esta página de Moderna también tiene un video que detalla su enfoque. Pfizer también tiene un buen video que explica el proceso de desarrollo de una vacuna de ARNm.
Como puede ver, no es un proceso fácil. Un requisito previo de ambas soluciones es el conocimiento de la secuencia del genoma del SARS-CoV-2 (en este caso, el genoma es un ARN monocatenario). Esto requiere algo de tiempo para hacerlo y una vez que los datos están disponibles, hay que esperar a que otros los verifiquen hasta cierto punto. Curiosamente, el video de Moderna dice que tenían una vacuna lista para humanos en 42 días.

Las diferencias de eficiencia pueden deberse a múltiples factores:

  1. ¿Qué vector se utiliza para administrar la vacuna?
  2. Cómo se modifica el ARNm para producir la glicoproteína Spike
  3. Fisiología de las personas que reciben la vacuna.

y muchos otros factores que están más allá del alcance de una sola respuesta y pueden ser conocimiento exclusivo de los fabricantes.

Otra adición importante al factor "tiempo" son los ensayos clínicos. Pfizer y Moderna requieren dos dosis espaciadas durante 3-4 semanas para sus ensayos de fase I. Dado que estas vacunas se están desarrollando rápidamente y usted se encuentra en medio de una pandemia mundial, solo tiene una oportunidad de participar en un ensayo clínico (y las ganancias posteriores) y debe hacer que valga la pena. Varias autoridades reguladoras nacionales también deben tener en cuenta la salud de sus ciudadanos. Por lo tanto, existe una inmensa presión para que estos ensayos se realicen correctamente y el consenso global en este caso parece estar tomando una duración un poco más larga de las pruebas clínicas.

Con respecto a la última pregunta, no, ninguna de las vacunas Oxford, Pfizer o Moderna se preocupa por el daño causado al patógeno original porque no se está administrando ningún patógeno.


Por qué una vacuna puede proporcionar mejor inmunidad que una infección real

Las vacunas tienen ventajas sobre las infecciones naturales. Por un lado, pueden diseñarse para enfocar el sistema inmunológico contra antígenos específicos que provocan mejores respuestas.

Dos estudios recientes han confirmado que las personas previamente infectadas con SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19, pueden volver a infectarse con el virus. Curiosamente, las dos personas tuvieron resultados diferentes. La persona en Hong Kong no mostró síntomas en la segunda infección, mientras que el caso de Reno, Nevada, tuvo una enfermedad más grave la segunda vez. Por lo tanto, no está claro si una respuesta inmune al SARS-CoV-2 protegerá contra una reinfección posterior.

¿Significa esto que una vacuna tampoco protegerá contra el virus? Ciertamente no. Primero, aún no está claro qué tan comunes son estas reinfecciones. Más importante aún, una respuesta inmune debilitada a la infección natural, como se vio en el paciente de Nevada, no significa que no podamos desarrollar una vacuna protectora exitosa.

Cualquier infección activa inicialmente una respuesta inmune innata inespecífica, en la que los glóbulos blancos desencadenan la inflamación. Esto puede ser suficiente para eliminar el virus. Pero en infecciones más prolongadas, se activa el sistema inmunológico adaptativo. Aquí, las células T y B reconocen estructuras distintas (o antígenos) derivados del virus. Las células T pueden detectar y matar las células infectadas, mientras que las células B producen anticuerpos que neutralizan el virus.

Durante una infección primaria, es decir, la primera vez que una persona se infecta con un virus en particular, esta respuesta inmune adaptativa se retrasa. Pasan unos días antes de que las células inmunitarias que reconocen el patógeno específico se activen y expandan para controlar la infección.

Algunas de estas células T y B, llamadas células de memoria, persisten mucho después de que se resuelve la infección. Son estas células de memoria las que son cruciales para la protección a largo plazo. En una infección posterior por el mismo virus, las células de memoria se activan rápidamente e inducen una respuesta sólida y específica para bloquear la infección.

Una vacuna imita esta infección primaria, proporcionando antígenos que preparan el sistema inmunológico adaptativo y generando células de memoria que pueden activarse rápidamente en caso de una infección real. Sin embargo, como los antígenos de la vacuna se derivan de material debilitado o no infeccioso del virus, existe poco riesgo de infección grave.

Una mejor respuesta inmune

Las vacunas tienen otras ventajas sobre las infecciones naturales. Por un lado, pueden diseñarse para enfocar el sistema inmunológico contra antígenos específicos que provocan mejores respuestas.

Por ejemplo, la vacuna contra el virus del papiloma humano (VPH) provoca una respuesta inmune más fuerte que la infección por el propio virus. Una razón de esto es que la vacuna contiene altas concentraciones de una proteína de la cubierta viral, más de lo que ocurriría en una infección natural. Esto desencadena anticuerpos fuertemente neutralizantes, lo que hace que la vacuna sea muy eficaz para prevenir infecciones.

La inmunidad natural contra el VPH es especialmente débil, ya que el virus utiliza varias tácticas para evadir el sistema inmunológico del huésped. Muchos virus, incluido el VPH, tienen proteínas que bloquean la respuesta inmunitaria o simplemente se mantienen ocultos para evitar la detección. De hecho, una vacuna que proporciona antígenos accesibles en ausencia de estas otras proteínas puede permitirnos controlar la respuesta de una manera que no lo hace una infección natural.

La inmunogenicidad de una vacuna, es decir, su eficacia para producir una respuesta inmunitaria, también se puede ajustar. Los agentes llamados adyuvantes generalmente activan la respuesta inmune y pueden mejorar la inmunogenicidad de la vacuna.

Además de esto, la dosis y la vía de administración se pueden controlar para estimular las respuestas inmunes apropiadas en los lugares correctos. Tradicionalmente, las vacunas se administran mediante inyección en el músculo, incluso para virus respiratorios como el sarampión. En este caso, la vacuna genera una respuesta tan fuerte que los anticuerpos y las células inmunes llegan a las superficies mucosas de la nariz.

Sin embargo, el éxito de la vacuna antipoliomielítica oral para reducir la infección y la transmisión de la poliomielitis se ha atribuido a una respuesta inmunitaria localizada en el intestino, donde se replica el poliovirus. De manera similar, administrar la vacuna contra el coronavirus directamente en la nariz puede contribuir a una inmunidad mucosa más fuerte en la nariz y los pulmones, ofreciendo protección en el sitio de entrada.

Entender la inmunidad natural es clave

Una buena vacuna que mejora la inmunidad natural requiere que primero comprendamos nuestra respuesta inmune natural al virus. Hasta ahora, se han detectado anticuerpos neutralizantes contra el SARS-CoV-2 hasta cuatro meses después de la infección.

Estudios anteriores han sugerido que los anticuerpos contra los coronavirus relacionados suelen durar un par de años. Sin embargo, la disminución de los niveles de anticuerpos no siempre se traduce en un debilitamiento de las respuestas inmunitarias. Y lo que es más prometedor, un estudio reciente encontró que las células T de memoria desencadenaron respuestas contra el coronavirus que causa el SRAS casi dos décadas después de que las personas se infectaron.

De las aproximadamente 320 vacunas que se están desarrollando contra COVID-19, una que favorezca una fuerte respuesta de las células T puede ser la clave para una inmunidad duradera.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.


MITO: Si ya tuve COVID-19, no necesito una vacuna.

HECHO: Las personas que se han enfermado con COVID-19 aún pueden beneficiarse de la vacunación. Debido a los graves riesgos para la salud asociados con COVID-19 y al hecho de que es posible una reinfección con COVID-19, se puede recomendar a las personas que se vacunen contra COVID-19 incluso si han estado enfermas con COVID-19 antes.

Actualmente no hay suficiente información disponible para decir si las personas están protegidas contra el COVID-19 después de haberlo tenido (inmunidad natural) o durante cuánto tiempo. La evidencia preliminar sugiere que la inmunidad natural contra COVID-19 puede no durar mucho, pero se necesitan más estudios para comprenderlo mejor. Varios sujetos del ensayo de Pfizer que estaban previamente infectados se vacunaron sin efectos nocivos. Algunos científicos creen que la vacuna ofrece una mejor protección contra el coronavirus que la infección natural.


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SINGAPUR: Más de 70 equipos en todo el mundo están ahora en una carrera colaborativa para probar diferentes vacunas candidatas contra el Síndrome Respiratorio Agudo Severo Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) que causa COVID-19.

Aunque el ritmo de los esfuerzos de investigación ha sido extraordinario, los científicos aún estiman que producir una vacuna, desde la innovación hasta el acceso, llevará al menos de 12 a 18 meses. Esta línea de tiempo tiene la advertencia "si todo va bien".

Para el público, esto parece una larga espera. Pero la mayoría de los vacunólogos que estudian y desarrollan vacunas ven esto como muy optimista. Normalmente se necesitan más de 10 años para que una vacuna candidata se convierta en una vacuna aprobada en un programa público de inmunización.

El desarrollo de vacunas es complejo y financieramente riesgoso. Una vacuna candidata puede fallar en cualquier momento del desarrollo. El hecho de que algunos candidatos obtengan buenos resultados en los ensayos clínicos se considera el mejor de los casos.

Es importante comprender que todo lo que tenemos actualmente son candidatos a vacunas experimentales que no están listas para usarse pronto. Un candidato a vacuna no es una vacuna humana confirmada.

Debe someterse a revisiones éticas, ser evaluado en estudios con animales, para determinar su seguridad y eficacia en ensayos clínicos con voluntarios humanos, antes de recibir la aprobación regulatoria y la licencia para su comercialización y uso generalizado.

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Las plantas de fabricación de vacunas deben ser inspeccionadas previamente y aprobadas para las condiciones de fabricación estériles, los controles de calidad y la producción aumentada para soportar potencialmente miles de millones de dosis de vacunas.

Es necesario que existan políticas de salud pública y decisiones de financiamiento para los programas públicos nacionales. Se deben establecer estudios de seguimiento para monitorear de cerca la seguridad y efectividad a largo plazo de la vacuna con inmunización a gran escala.

Esto es aún más importante para una vacuna acelerada que utiliza nueva tecnología contra un nuevo virus.

ACELERANDO EN PARALELO

Para la pandemia de COVID-19, científicos, reguladores, líderes gubernamentales y de la industria han estado trabajando en estrecha colaboración para acelerar la coordinación de los diferentes requisitos para que se ejecuten a una velocidad paralela con algunas vacunas candidatas que ya han entrado en ensayos clínicos.

Un científico israelí trabaja en un laboratorio del Instituto de Investigación MIGAL en Kiryat Shmona, en la alta Galilea, en el norte de Israel, donde se están realizando esfuerzos para producir una vacuna contra el coronavirus. (JALAA MAREY / AFP)

INTERACTIVO: Todos los grupos de COVID-19 en dormitorios y sitios de construcción

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Además del papel rector de la Organización Mundial de la Salud, la Coalición para las Innovaciones en la Preparación ante Epidemias fue establecida en 2017 por Wellcome Trust, la Fundación Bill & amp Melinda Gates y varios gobiernos, y ha invertido en varios proyectos para ayudar a acelerar el desarrollo de COVID. 19 vacunas.

Los plazos para los estudios de ensayos en animales y humanos se están comprimiendo, pero siempre sopesando cuidadosamente los riesgos potenciales.

Para las vacunas candidatas desarrolladas utilizando tecnologías más conocidas y evaluadas, algunos estudios clínicos en voluntarios humanos han comenzado antes y se superponen con estudios en animales que generalmente se llevan a cabo antes que los estudios en humanos. Sin embargo, algunas áreas no se pueden acortar ni acelerar, como la recopilación de datos de seguridad continuos sobre los efectos secundarios.

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Se están acelerando las revisiones normativas. En lugar de requerir la presentación de toda la información de los ensayos clínicos completados, las agencias reguladoras ahora están abiertas a recibir datos de manera continua.

Para ahorrar el tiempo necesario para el análisis y la discusión, se pueden enviar "capítulos" de datos de ensayos clínicos para su revisión en tiempo real, en lugar de esperar hasta el final para enviar el "libro" completo habitual de datos cuando todos los ensayos hayan finalizado.

Cada vacuna tiene su propio perfil de beneficios y riesgos. Los reguladores deben estar actualizados y ser ágiles para gestionar la tolerancia al riesgo y los beneficios potenciales de estas nuevas tecnologías que se necesitan con urgencia.

Los planes de fabricación también se están acelerando en algunos países. Los planes en los EE. UU. Ya están en marcha para aumentar la fabricación a fin de producir cantidades masivas de ciertas vacunas candidatas.

Bill Gates ha apoyado públicamente el desarrollo de la capacidad de fabricación de algunas vacunas candidatas que recién comienzan los ensayos clínicos, consciente de que no todas las candidatas cruzarán la línea de meta.

Una producción tan temprana, con controles de calidad realizados con anticipación, puede reducir semanas o meses para la fabricación de miles de millones de dosis de vacunas necesarias para reducir el costo humano y económico en curso.

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FOTO DE ARCHIVO: Un hombre y un niño usan máscaras protectoras y miran estantes vacíos de comida enlatada y fideos instantáneos mientras la gente se abastece de alimentos, luego de que Singapur elevara el nivel de alerta de brote de coronavirus a naranja. (REUTERS / Edgar Su)

Están surgiendo varias preguntas en torno al financiamiento y la distribución equitativa de cualquier vacuna que se desarrolle. ¿Cuánto costará? ¿Se considerará la vacuna un bien común para todas las personas? ¿Se compartirá la tecnología? ¿Qué países y grupos de población tienen prioridad para obtener acceso primero?

Esta última pregunta es motivo de preocupación si los países con propagación en curso no pueden permitirse un programa de vacunación. Se necesitarán un liderazgo sólido, una gobernanza global y un compromiso colectivo con la justicia social.

CÓMO FUNCIONAN LAS VACUNAS

Todas las vacunas funcionan con los mismos principios. A una persona sana (el vacunado) se le administra un trozo del germen o del propio germen para dar un “aviso” a su sistema inmunológico, para que luego pueda reconocer y combatir el virus de manera adecuada.

Si la persona se expone al virus real más tarde, su memoria inmunológica se activará antes para matar el virus y bloquear su propagación. El vacunado se mantiene sano, a menudo sin darse cuenta de que está expuesto a la amenaza.

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Elegir la mejor "imagen" (antígenos) del virus SARS-CoV-2 para mostrar a nuestro sistema inmunológico, con el fin de estimular la memoria inmunológica correcta y los anticuerpos adecuados, es donde reside realmente el desafío para los científicos.

Una vacuna buena, segura y eficaz contra el SARS-CoV-2 debe capturar con precisión las características importantes de este virus para generar la mejor memoria inmunológica. Idealmente, una vacuna le mostraría al sistema inmunológico todo el proceso de infección por SARS-CoV-2 para que pueda desarrollar formas de atacar el virus en diferentes frentes.

Pero es un desafío debilitar genéticamente el SARS-CoV-2 de manera que cause una infección, pero no la enfermedad en sí.

Por lo tanto, la mayoría de los investigadores de vacunas han recurrido a tecnologías que pueden presentar diferentes imágenes o piezas del SARS-CoV-2 a nuestro sistema inmunológico.

Docenas de laboratorios farmacéuticos y de investigación de todo el mundo están compitiendo para desarrollar una vacuna. (Foto: AFP / Thibault Savary)

Mucha investigación se ha centrado en las proteínas de pico que forman la "corona" o "corona" del SARS-CoV-2. Esto parece crucial en la forma en que el virus se adhiere e infecta a las células humanas.

Estamos empezando a aprender que la proteína de pico está generosamente "decorada" con azúcares. Mostrar los azúcares correctos en las vacunas parece importante para mostrarle al sistema inmunológico la “imagen” correcta.

Algunas vacunas candidatas en la carrera presentan el código genético (ARN o ADN) de la proteína de pico. Nuestras células luego traducen el código genético para producir la proteína de pico en el cuerpo.

Otro método consiste en insertar genes del SARS CoV-2 en una vacuna viral segura y autorizada para administrar el fragmento del SARS CoV-2 utilizando un virus bien conocido e inofensivo.

Es posible que no podamos desarrollar una vacuna que proporcione la imagen perfecta del virus a los vacunados. Pero incluso una vacuna segura y parcialmente eficaz podría ser muy valiosa. Es posible que la vacuna no detenga todos los casos o síntomas, pero podría prevenir problemas respiratorios graves y muertes.

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Cuando muchas personas se vuelven inmunes, ya sea mediante la vacunación o sobreviviendo a la infección, el virus no puede infectar a suficientes personas susceptibles para propagarse. Esta "inmunidad colectiva" de la población es necesaria para poner fin a una epidemia o evitar que una de ellas gane terreno.

LA NECESIDAD DE DIVERSIDAD Y UN POCO DE SUERTE

Si bien hay muchas formas de crear candidatos a vacunas, todavía no sabemos cómo elegir a los ganadores. Además, los científicos aún tienen mucho que aprender sobre cómo se comporta este nuevo virus.

Queda un elemento de suerte a la hora de buscar una buena vacuna contra un nuevo virus que apenas estamos conociendo. Pero nuestras posibilidades han mejorado con el número sin precedentes de vacunas candidatas que se están desarrollando y con el mundo científico tan centrado en COVID-19.

Las enormes consecuencias humanas, sociales y económicas de esta pandemia significan que no debemos dejar piedra sin remover e invertir fuertemente en una amplia gama de vacunas candidatas para encontrar vacunas buenas, seguras y efectivas.

El director de un importante centro de investigación ruso dijo que los científicos de un complejo de laboratorio de alto secreto ubicado en Koltsovo, en las afueras de la ciudad siberiana de Novosibirsk, han desarrollado varios prototipos de vacunas contra el coronavirus. (foto: AFP / Alexander NEMENOV)

Muchos candidatos a la vacuna del SARS-CoV-2 están explorando el uso de nuevas tecnologías. To help shorten clinical trial duration and reduce the number of human volunteers, some research groups are studying the use of molecular technologies to complement clinical trials.

There is also hope that the similar explosion of studies for safe, effective medicines to treat COVID-19, including anti-viral medicines and potential antibody treatments, will yield positive results. These are likely to arrive much sooner than a vaccine.

The unfortunate surge of clinical experience in managing severe respiratory distress with COVID-19 could also lead to other best practices to improve patient outcomes where capacity is available.

MEANWHILE, CARRY ON

A COVID-19 vaccine will unfortunately not be available this year. If all goes well, a vaccine or even a few vaccines will be rolled out in 2021.

For now, other public health measures are essential to save lives, including early case detection, contact tracing, isolation and quarantine.

We must practise frequent hand washing, physical distancing, staying at home, avoiding crowded places, and wearing face masks if we really need to go out.

COVID-19 is testing our collective scientific ingenuity, our individual responsibilities and social compact at a national and global level.

We must stay committed to our individual contributions and believe in our collaborative power in science to help develop and deliver long-term solutions.

BOOKMARK THIS: Our comprehensive coverage of the coronavirus outbreak and its developments

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Dr Tippi Mak is Academic Visiting Expert at the Centre of Regulatory Excellence, Duke-NUS Medical School, Consultant at the SingHealth Duke-NUS Global Health Institute, and Board Director of the Vaccine and Infectious Disease Organization - International Vaccine Centre at the University of Saskatchewan, Canada.

Professor Ooi Eng Eong is Deputy Director at the Emerging Infectious Diseases Programme, Duke-NUS Medical School and Co-Director at the Viral Research and Experimental Medicine [email protected] Duke-NUS.

Professor John CW Lim is Executive Director at the Centre of Regulatory Excellence, Duke-NUS Medical School, Policy Core Lead at the SingHealth Duke-NUS Global Health Institute, and Chairman of the Singapore Clinical Research Institute & National Health Innovation Centre.


Why will it take so long to develop a COVID-19 vaccine?

This article was published more than 1 year ago. Some information in it may no longer be current.

A participant in a COVID-19 vaccine trial receives an injection in Kansas City, Mo., on April 8, 2020.

Pregunta: I’ve read that it could be one to two years before we have a vaccine that will guard against COVID-19. Why is it going to take so long?

Respuesta: The development of any vaccine can be compared to a long and challenging marathon with an uncertain outcome – and that is especially true when dealing with a new pathogen.

The purpose of a vaccine is to expose the body’s immune system to some portion of the virus so it can prepare in advance for a real attack. For instance, a vaccine might include an antigen, or protein, from the surface of the virus. But finding the antigen that will trigger an effective immune response is easier said than done.

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“Science cannot be rushed,” says Rob Kozak, a clinical microbiologist at Sunnybrook Health Sciences Centre in Toronto. Researchers must follow well-established regulatory protocols that are designed to ensure a therapy is both effective and safe.

Viruses are constantly mutating and evolving. The strain of a virus circulating in Canada might be slightly different from the one in China or Europe. This means the antigen must produce immunity against all strains, or variants, of the virus.

Once an antigen is selected, it has to be tested in animals before human trials can begin. Finding the appropriate animal model also presents challenges. The animal needs to respond to the virus – and the vaccine – in the same way as people.

Fortunately, researchers can look to previous vaccine studies for clues on how to respond to the current pandemic, including selecting appropriate animal models and viral targets.

The COVID-19 illness is caused by a coronavirus, officially known as SARS-CoV-2. In recent years, humanity has been challenged by two other deadly coronaviruses – Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS) in 2003 and Middle East Respiratory Syndrome (MERS) in 2012. During both of these outbreaks, researchers started to develop vaccines. In the case of SARS, the work was never completed partly because the virus ceased to pose an immediate threat it seems to have morphed and disappeared. MERS vaccine trials are continuing.

Previous SARS research reinforces the importance of doing thorough testing in animal models before any potential vaccine is given to human volunteers.

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In one study, an experimental SARS vaccine made lab animals worse, says Arinjay Banerjee, an emerging-viruses researcher at McMaster University in Hamilton.

“This study showed that when mice were vaccinated and then challenged with the pathogen, there was an enhancement of the infection,” he says. “The vaccinated mice developed disease more rapidly and died more rapidly than the unvaccinated mice.”

Another study revealed that some investigational SARS vaccines produced negative side effects in some types of animals (such as ferrets) but not in others (such as mice). For that reason, many researchers are convinced that a vaccine should be tested in two different types of animals, Kozak says.

All this preclinical work is time consuming. Laboratory animals require specific time periods to develop a response to the vaccine and then to react to the virus. The clock cannot be made to run faster, Kozak says. And if an experimental vaccine fails, a research team could find itself again at the starting gate.

After a vaccine has successfully passed animal testing, it is then tried in a small group of healthy volunteers. This is known as a phase-one clinical trial. It’s basically a safety check to make sure the vaccine does not cause serious side effects.

If the vaccine clears this critical hurdle, trials are expanded gradually to include more people who are observed for longer periods of time in order to gain a better understanding of its risks and benefits.

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Scientists around the world are already exploring various ways to deliver a COVID-19 vaccine. “Each of them have their advantages and disadvantages,” Kozak says.

“To be honest, I don’t think we are going to have just one vaccine,” he adds. “In fact, I hope we don’t. I hope we have three or four amazing candidates that all work basically as well as each other, and that could be critically important because you don’t want to be dependent on only one company to provide for the world.”

Like other experts, Dr. Kozak estimates it will take between one to two years to develop a vaccine. And once a vaccine does exist, special production facilities will have to gear up operations to meet the global demand. That, too, will take time.

All of which means that a “quick fix” vaccine is not on the immediate horizon.

Paul Taylor is a Patient Navigation Adviser at Sunnybrook Health Sciences Centre. He is a former Health Editor of The Globe and Mail. Find him on Twitter @epaultaylor and online at Sunnybrook’s Your Health Matters.

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The Children's Vaccine Initiative: Achieving the Vision (1993)

For the purposes of this chapter, the process of vaccine research and development (R&D) is described as if the process occurs in an ordered, chronological fashion. In this somewhat simplified view, vaccine research begins only after a careful assessment of public health priorities. Work conducted in the basic research laboratory forms the scientific foundation for all subsequent investigation. Applied R&D then moves to the clinical research setting, and from there to pilot production and full-scale manufacture. The vaccine must then be purchased, distributed, and used. Finally, a surveillance system is established to monitor immunization coverage, efficacy, and any adverse health effects related to vaccine administration. The surveillance system also may detect fluctuations in disease incidence or new disease entities requiring a realignment of public health priorities.

In reality, the stages of vaccine development are not so neatly divided. For instance, although basic research is the starting point, it does not end when applied R&D begins basic research findings continue to inform the process of vaccine development, even during clinical testing. Likewise, findings at the applied and clinical levels feed observations and questions back to the basic research laboratory.

In Chapter 5, the committee examined broad questions of market potential and technical feasibility, both of which influence the decision to invest in the development of new or improved vaccines. After this decision to invest in a vaccine is taken, vaccine manufacturers are then frequently faced with a range of impediments as a product moves through the

successive steps of development.

This chapter describes the various phases of vaccine development and a number of obstacles that can arise in this process. These barriers can discourage initial investment or prevent the vaccine from advancing beyond a certain stage. At every step, commercial manufacturers weigh the likelihood of product success against its market potential.

PRIORITY SETTING

The decision-making process for the development and production of vaccines should be guided by an assessment of critical public health needs. Priorities should be established and the desired vaccine characteristics should be defined. In this way, the vast resources of the U.S. and international public and private sectors can be directed to a set of common and complementary goals.

There have been major efforts over the past decade to establish priorities for vaccine development (Institute of Medicine, 1986a,b National Institute of Allergy and Infectious Diseases, 1992a,b World Health Organization, 1991 World Health Organization/Children's Vaccine Initiative, 1992c). As discussed in Chapter 3, much of the basic vaccine research conducted by the National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) targets the development of priority vaccine candidates identified in 1986 by the Institute of Medicine (Institute of Medicine, 1986a,b National Institute of Allergy and Infectious Diseases, 1992a,b), and much progress has been made (National Institute of Allergy and Infectious Disease, 1992b).

At present, new efforts are under way to develop priorities for vaccine R&D. The Task Force on Priority Setting and Strategic Plans of the World Health Organization's (WHO's) Children's Vaccine Initiative (CVI) recently completed a major cost-effectiveness assessment of vaccine-development priorities, and the WHO/United Nations Development Program's (UNDP) Program for Vaccine Development maintains a list of priority areas for vaccine development. In addition, the World Bank, as part of the World Development Report of 1993, Investing in Health (World Bank, 1993), is using Disability Adjusted Life Years to estimate the burden of disease and priorities for intervention.

Whatever priorities are set by the public sector, the ultimate decision to develop and manufacture a vaccine for general use in the United States rests entirely with the commercial vaccine manufacturers (see Chapters 3, 4 and 5 and Appendix H). Commercial manufacturers vigorously pursue the development of those products with market potential (see Chapter 4). Vaccines used exclusively in the developing world hold little promise of

significant returns on investment, and companies are reluctant to invest in developing such high-risk and commercially unattractive products (see Chapter 5).

The committee believes that priority setting and characterization of desired vaccine products is a critical stage of vaccine development, particularly for vaccines of low commercial interest but acute public health need. In this regard, the committee urges all groups involved in vaccine R&D for international public health applications to focus on a common and complementary set of vaccine priorities.

BASIC AND APPLIED RESEARCH

The fundamental scientific advances that make vaccine development possible arise from basic research. The full implications and ultimate applications of discoveries made in the basic research laboratory may be unanticipated, even by the investigators involved. Basic research relevant to vaccine development includes such things as the identification and isolation of the protective antigens of a specific pathogen, methods for DNA cloning, the creation of new vector systems, and the development and immunologic evaluation of new adjuvant systems.

Basic research is conducted primarily by federally funded academic and government scientists. Once a basic scientific finding is thought to have significant and practical applications, the research moves on to applied R&D (the exploratory development phase). Much applied research and almost all product-development activity are conducted by private industry. Both biotechnology firms and vaccine manufacturers invest in developing new technologies to deliver and enhance the quality and efficacy of vaccines. Unfortunately, some CVI-specific vaccine technologies (e.g., heat stabilization of viral vaccines) are unlikely to be pursued by U.S. firms, because such technologies would have little comparative advantage in the domestic market. The committee believes that additional incentives can be provided to university-based researchers, commercial vaccine manufacturers, and biotechnology companies to stimulate the development of such technologies and their subsequent handoff from basic research to the product-development stages. Possible incentives are discussed in Chapter 7.

CLINICAL EVALUATION

Good vaccines must meet basic criteria of safety, purity, potency, and efficacy. When a product has completed preclinical studies (usually

involving animal models) and the sponsor is considering clinical trials in humans, an Investigational New Drug (IND) application is submitted to the U.S. Food and Drug Administration (FDA). The IND application contains information on the vaccine's safety, purity, potency, and efficacy (see Appendix C). These parameters are then evaluated in clinical trials, which are usually carried out in four phases (Table 6-1). Phase I trials are short-term studies involving a small number of subjects and are designed primarily to evaluate the safety of the candidate vaccine, its ability to induce an immune response (immunogenicity), the optimal dose range, and the preferred route of administration to achieve the most effective immune response. Studies are usually conducted in individuals at low risk of acquiring natural infection in order to avoid confusing results.

Following the successful completion of phase I trials, phase II trials are conducted these may involve up to hundreds of subjects. Phase II trials are usually double-blind studies with a placebo-control group phase II trials expand the evaluation of the safety and immunogenicity of the vaccine and may include the responses of individuals at risk of acquiring the infection. For a treatable pathogen, trials can be conducted in susceptible adults under controlled conditions to assess the ability of the vaccine to confer protection against experimental challenge. The results of these pilot studies can provide the information necessary to proceed with phase III studies.

Phase III trials are usually conducted in a double- or single-blind, placebo-controlled, randomized manner and in hundreds to thousands of individuals at risk for acquiring the infection or disease. Because of the lengthy observation period that may be required, the longer-term safety of the vaccine can also be assessed in a large number of subjects. Such trials are expensive, require a well-developed health infrastructure and large study groups (sometimes in non-U.S. populations), and, as with all stages of clinical investigation, demand experienced personnel and laboratory capacity for surveillance. Additional expenses are incurred if testing of live attenuated or live recombinant vaccines requires isolation facilities for phase I and II trials. Study design, data collection, and analysis are all of critical importance for ensuring the quality of trial results for licensing a candidate vaccine.

Phase IV trials may be conducted after a product is licensed, as part of postmarketing surveillance. They provide information about the safety and effectiveness of the vaccine in the general population, usually under normal (nonstudy) conditions.

Clinical trials are time-consuming (sometimes taking years), complex, and costly. Clinical trials for CVI vaccines, which are targeted for infants and young children, will be more challenging and time-consuming than those for vaccines designed for adults and older children. The safety and immunogenicity of many CVI vaccines will need to be demonstrated in trials


A key consideration is funding – public and private cash has been poured into the race for a Covid vaccine, pushing aside the usual financial concerns facing pharmaceutical companies. What’s more, demand and urgency are high.

“The fact that governments pre-bought the vaccines meant that people could take greater risks with what they did at an earlier stage without having to take one step at a time,” said Stephen Evans, professor of pharmacoepidemiology at the London School of Hygiene & Tropical Medicine.

Traditionally, vaccines are developed by weakening it or killing a virus, or by producing part of the virus in the lab. However this is time consuming.

Instead, both the Oxford University/AstraZeneca and Pfizer/BioNTech vaccines were developed using different “platform technologies” that involve slotting genetic material from the virus into a tried and tested delivery package. Once introduced into the human body this genetic material is used by the protein-making machinery in our cells to churn out the coronavirus “spike protein”, triggering an immune response.

This approach was aided by the speed at which scientists in China identified and shared the genetic sequence of the new coronavirus, and work that was already under way on other coronaviruses.

But while such platform technologies are a non-traditional approach, that does not mean they are untested.

“The mRNA vaccine platform technology [which the Pfizer/BioNTech vaccine uses] has been in development for over two decades,” said Dr Zoltán Kis, of Imperial College London.

The use of platform technologies not only means a vaccine can be rapidly developed, and that more is known about its safety profile from the start, but production is faster and cheaper as existing production processes can be used.

Another consideration is that while in traditional vaccine development the phases of clinical trials are carried out in sequence, in the case of the Covid vaccines they have overlapped, making the process faster.

“Vaccine manufacturing has also been carried out in parallel with the clinical trials, hoping that trials will succeed,” said Kis.

Evans added that the large trial sizes and duration was reassuring. “I have seen no corners that have been cut,” he said.

Finally, advances in tech have streamlined data-recording, while the advent of social media has made it easier to recruit trial participants – something aided by a strong public desire to help.

“It normally takes weeks or months to recruit to a study. This one, it kind of happened overnight,” said Prof Adam Finn, a vaccine expert at the University of Bristol and an investigator on the Oxford/AstraZeneca trials.


Vaccine Q&A: How Long Does It Take to Make Vaccines?

In this post, we focus on how long it takes to develop and manufacture vaccines – particularly those designed to protect against COVID-19.

To address those questions, we spoke with Jennifer Pancorbo, director of industry programs and research at NC State’s Biomanufacturing Training and Education Center. Pancorbo is an expert in vaccine manufacturing, with particular expertise in viral vector vaccine development and production processes.

This post is part of a series of Q&As in which NC State experts address questions about the vaccines on issues ranging from safety to manufacturing to how the vaccines will be distributed.

The Abstract: How long does it take to make vaccines?

Jennifer Pancorbo: There are two ways to interpret this question. Do you mean actually manufacturing a vaccine that is already created? Or do you mean designing a new vaccine?

Developing a new vaccine from scratch takes considerable time. It depends a lot on how much information is available about the disease itself, how the disease infects people and spreads, and so on. But it traditionally has taken 5-10 years to get a new vaccine. That makes it truly amazing that we already have one authorized vaccine for COVID-19, and are evaluating stage 3 clinical trial data on others. It speaks volumes about the efforts put into pandemic preparedness and response.

As for actual manufacturing time, that can be affected by the type of vaccine being made – though this isn’t really relevant for COVID-19, since all of the vaccines being considered for COVID-19 take about the same amount of time to manufacture.

If we are talking about a vaccine that has already been tested and approved, we could generalize and say that one batch of vaccine, consisting of a couple thousand doses, may take 2-6 weeks to go from starting with raw materials to being a completed vaccine in a vial or syringe.

TA: What types of vaccines are the most promising COVID-19 vaccine candidates?

Pancorbo: mRNA and adenovirus vaccines seem to be the most promising candidates at this time. Those two production systems lend themselves well to rapid design and that is probably why those candidates are coming out first.

We may or may not see a candidate vaccine made with a more traditional technology in the future. It is hard to tell, and may depend a lot on how the initial vaccines work and how much room is left in the market for a different candidate.

TA: How long does it take to make conventional vaccines? And why does it take so long?

Pancorbo: Again there are two angles here.

First, from the stand point of design, it takes a while to understand the disease, its path of infection and spread, in order to find a way to stop it. Also, once an idea to alert the immune system of the invader is conceived, then you need to test the candidate to make sure the conceptual idea works. Once that is acceptable, then you need to establish a manufacturing process that lends itself to large scale production… all those steps take time.

Second, from the stand point of manufacturing, most vaccines are biologicals – meaning they are produced with help from a microorganism. And that means you need time for the microorganisms to grow and get the job done. Here’s a general overview of the process:

Scanning electron microscopy image of SARS-CoV-2. Image credit: National Institute of Allergy and Infectious Diseases-Rocky Mountain Laboratories, NIH

To produce a vaccine using a biological system, you first select a suitable host. This is typically a well-known organism like bacteria or yeast. Then the genetic material of the host is engineered to provide instructions for the expression of the desired vaccine. In other words, you engineer the organism to make the vaccine for you. The newly engineered organism is then grown in sufficient quantities to be used for production purposes. Once expression is completed by the organism, our vaccine is separated from everything else the organisms produce using operations like filtration. The last step is to mix the purified vaccine with the excipients –or those other components that add stability to the vaccine and allow us to safely transport and store it. The formulated vaccine is then filled into multi-dose vials or single-use syringes for administration.

And there is one more thing, once all the above is completed, then each batch produced must be tested for identity, purity and potency to make sure everyone receives a quality product. As you can imagine, all that takes weeks per batch.

TA: And how long does it take to make mRNA vaccines?

Pancorbo: I am not sure anyone knows this accurately at this point, since no mRNA vaccine has been manufactured before at any scale close to what will be required for COVID-19. I am going to dare say that it will take at least a couple of weeks per batch.

[Editor’s note: Pancorbo followed up with us after this post was first published to offer some additional insight into the manufacturing process for mRNA vaccines, including the Pfizer and Moderna vaccines. We’ve inserted that information as the following paragraph.]

These vaccines, both Pfizer and Moderna’s, start with making a template. (The template itself is made with help from an organism and needs to be purified prior to use.) The template is then used to create the naked mRNA that constitutes the main vaccine ingredient. The naked mRNA is purified and packed into small spheres made of very specific types of fat. These spheres are called liposomes, and they are then formulated, filled into multi-dose vials and made ready for distribution.

TA: What about adenovirus vaccines?

Pancorbo: Again, we don’t have an adenovirus vaccine in the market, so my response is the same as what I said about mRNA vaccines.

TA: How long will it take manufacturers to scale up production once a vaccine has been approved by the FDA?

Pancorbo: Most of the companies you hear about on TV have already started doing this “at risk,” so they can manage demand.

Once you find a device that works you cannot really go to your local grocery store to get one.

At-risk manufacturing means you don’t have approval, or you don’t know if the vaccine is going to work, but to reduce or eliminate waiting time to get to the market, you move forward with scale up, construction, manufacturing, etc. The risk is that the investment will not be returned if the vaccine is ineffective or if it is not approved.

It may take several years to scale up a production process like this to the levels required for COVID-19. It involves testing production in a larger vessel. Testing the purification equipment in a larger footprint – and this may get tricky as making soup for four people is not the same as making soup for 100 people. Another bottleneck is equipment and raw material availability. Once you find a device that works you cannot really go to your local grocery store to get one. The same is true for the basic raw materials and supplies – both need time to react to the larger demand.

TA: How much vaccine manufacturing takes place in the U.S.? Do we rely on importing vaccines, or do we have the capacity to make our own?

Pancorbo: Not much vaccine manufacturing takes place in the U.S., really. Traditionally, vaccines were manufactured in other places around the world. After the 2009 flu pandemic our government put a considerable investment into increasing vaccine manufacturing in the U.S., but the larger manufacturers – like Sanofi – are headquartered outside our borders.

TA: How long do you think it will take manufacturers to make enough vaccine to reach everyone who can be vaccinated?

Pancorbo: I would think it will take until late 2021 or mid-2022 to see a significant amount of the population vaccinated.

TA: Will you get the vaccine once it’s available?

Pancorbo: Si. The approval process followed by FDA is very thorough and trustworthy. And, particularly for COVID-19, a lot of information about the vaccine candidates has been made public from early on, which gives me an additional confidence in the process.


How will vaccine recipients be informed about the benefits and risks of any vaccine that receives an EUA?

FDA must ensure that recipients of the vaccine under an EUA are informed, to the extent practicable given the applicable circumstances, that FDA has authorized the emergency use of the vaccine, of the known and potential benefits and risks, the extent to which such benefits and risks are unknown, that they have the option to accept or refuse the vaccine, and of any available alternatives to the product. Typically, this information is communicated in a patient “fact sheet.” The FDA posts these fact sheets on our website.


How long does it take to make vaccines?

Scanning electron microscopy image of SARS-CoV-2. Credit: National Institute of Allergy and Infectious Diseases-Rocky Mountain Laboratories, NIH

In this post, we focus on how long it takes to develop and manufacture vaccines—particularly those designed to protect against COVID-19.

To address those questions, we spoke with Jennifer Pancorbo, director of industry programs and research at NC State's Biomanufacturing Training and Education Center. Pancorbo is an expert in vaccine manufacturing, with particular expertise in viral vector vaccine development and production processes.

This post is part of a series of Q&As in which NC State experts address questions about the vaccines on issues ranging from safety to manufacturing to how the vaccines will be distributed.

The Abstract: How long does it take to make vaccines?

Jennifer Pancorbo: There are two ways to interpret this question. Do you mean actually manufacturing a vaccine that is already created? Or do you mean designing a new vaccine?

Developing a new vaccine from scratch takes considerable time. It depends a lot on how much information is available about the disease itself, how the disease infects people and spreads, and so on. But it traditionally has taken 5-10 years to get a new vaccine. That makes it truly amazing that we already have one authorized vaccine for COVID-19, and are evaluating stage 3 clinical trial data on others. It speaks volumes about the efforts put into pandemic preparedness and response.

As for actual manufacturing time, that can be affected by the type of vaccine being made—though this isn't really relevant for COVID-19, since all of the vaccines being considered for COVID-19 take about the same amount of time to manufacture.

If we are talking about a vaccine that has already been tested and approved, we could generalize and say that one batch of vaccine, consisting of a couple thousand doses, may take 2-6 weeks to go from starting with raw materials to being a completed vaccine in a vial or syringe.

TA: What types of vaccines are the most promising COVID-19 vaccine candidates?

Pancorbo: mRNA and adenovirus vaccines seem to be the most promising candidates at this time. Those two production systems lend themselves well to rapid design and that is probably why those candidates are coming out first.

We may or may not see a candidate vaccine made with a more traditional technology in the future. It is hard to tell, and may depend a lot on how the initial vaccines work and how much room is left in the market for a different candidate.

TA: How long does it take to make conventional vaccines? And why does it take so long?

Pancorbo: Again there are two angles here.

First, from the stand point of design, it takes a while to understand the disease, its path of infection and spread, in order to find a way to stop it. Also, once an idea to alert the immune system of the invader is conceived, then you need to test the candidate to make sure the conceptual idea works. Once that is acceptable, then you need to establish a manufacturing process that lends itself to large scale production… all those steps take time.

Second, from the stand point of manufacturing, most vaccines are biologicals—meaning they are produced with help from a microorganism. And that means you need time for the microorganisms to grow and get the job done. Here's a general overview of the process:

To produce a vaccine using a biological system, you first select a suitable host. This is typically a well-known organism like bacteria or yeast. Then the genetic material of the host is engineered to provide instructions for the expression of the desired vaccine. In other words, you engineer the organism to make the vaccine for you. The newly engineered organism is then grown in sufficient quantities to be used for production purposes. Once expression is completed by the organism, our vaccine is separated from everything else the organisms produce using operations like filtration. The last step is to mix the purified vaccine with the excipients –or those other components that add stability to the vaccine and allow us to safely transport and store it. The formulated vaccine is then filled into multi-dose vials or single-use syringes for administration.

And there is one more thing, once all the above is completed, then each batch produced must be tested for identity, purity and potency to make sure everyone receives a quality product. As you can imagine, all that takes weeks per batch.

TA: And how long does it take to make mRNA vaccines?

Pancorbo: I am not sure anyone knows this accurately at this point, since no mRNA vaccine has been manufactured before at any scale close to what will be required for COVID-19. I am going to dare say that it will take at least a couple of weeks per batch.

TA: What about adenovirus vaccines?

Pancorbo: Again, we don't have an adenovirus vaccine in the market, so my response is the same as what I said about mRNA vaccines.

TA: How long will it take manufacturers to scale up production once a vaccine has been approved by the FDA?

Pancorbo: Most of the companies you hear about on TV have already started doing this "at risk," so they can manage demand.

At-risk manufacturing means you don't have approval, or you don't know if the vaccine is going to work, but to reduce or eliminate waiting time to get to the market, you move forward with scale up, construction, manufacturing, etc. The risk is that the investment will not be returned if the vaccine is ineffective or if it is not approved.

It may take several years to scale up a production process like this to the levels required for COVID-19. It involves testing production in a larger vessel. Testing the purification equipment in a larger footprint—and this may get tricky as making soup for four people is not the same as making soup for 100 people. Another bottleneck is equipment and raw material availability. Once you find a device that works you cannot really go to your local grocery store to get one. The same is true for the basic raw materials and supplies—both need time to react to the larger demand.

TA: How much vaccine manufacturing takes place in the U.S.? Do we rely on importing vaccines, or do we have the capacity to make our own?

Pancorbo: Not much vaccine manufacturing takes place in the U.S., really. Traditionally, vaccines were manufactured in other places around the world. After the 2009 flu pandemic our government put a considerable investment into increasing vaccine manufacturing in the U.S., but the larger manufacturers—like Sanofi—are headquartered outside our borders.

TA: How long do you think it will take manufacturers to make enough vaccine to reach everyone who can be vaccinated?

Pancorbo: I would think it will take until late 2021 or mid-2022 to see a significant amount of the population vaccinated.

TA: Will you get the vaccine once it's available?

Pancorbo: Yes. The approval process followed by FDA is very thorough and trustworthy. And, particularly for COVID-19, a lot of information about the vaccine candidates has been made public from early on, which gives me an additional confidence in the process.