Des défis pour maintenir les vaccins contre la COVID-19 à bonne température

Les vaccins des compagnies Pfizer-BioNTech et Moderna, qui ont donné des résultats prometteurs selon l’analyse des données accumulées à ce jour, doivent être conservés à de très basses températures contrairement aux plateformes vaccinales plus traditionnelles. Pourquoi ces vaccins requièrent-ils des températures aussi extrêmes ? Et comment arrivera-t-on à répondre à ces exigences de conservation inusitées ?

Le vaccin BNT162 du tandem Pfizer-BioNTech et le vaccin m-RNA-1273 de Moderna sont tous deux composés de fragments d’ARN messager (ARNm) qui, une fois parvenus dans les cellules humaines, induiront la synthèse de la protéine S (spike) à la surface du virus SRAS-CoV-2, laquelle protéine induira une réponse immunitaire susceptible de protéger contre la COVID-19.

« L’ARNm est très instable, il se dégrade rapidement à la température de la pièce », d’où la nécessité de le conserver à des températures très basses, souligne Gary Kobinger, directeur du Centre de recherche en infectiologie de l’Université Laval.

« Plus la température à laquelle on le conserve est basse, plus les molécules [d’ARNm] demeureront intactes. Au laboratoire, nous entreposons nos échantillons d’ARN à -80 °C », ajoute le Dr Gerardo Ferbeyre, du Département de biochimie et médecine moléculaire de l’Université de Montréal, qui manipule des fragments d’ARN dans le cadre de ses recherches sur le cancer.

« Dans les cellules humaines, la demi-vie de l’ARNm tourne autour de 24 heures, car l’ARNm fait son travail en quelques heures à peine. Dans l’eau, il est plus stable que dans la cellule, mais il finit par s’y dégrader », précise-t-il avant d’expliquer que dans les vaccins de Pfizer-BioNTech et de Moderna, l’ARNm baigne dans une solution aqueuse dotée d’ions qui est enfermée dans « des nanoparticules de lipide, c’est-à-dire de petites capsules de gras qui sont aussi très sensibles à la chaleur ».

« Même conservés dans une solution aqueuse, des fragments d’ARNm entreposés dans un frigo plus d’une semaine se seront endommagés et ne pourront plus accomplir leur travail correctement. C’est pourquoi tous les laboratoires qui travaillent avec de l’ARNm entreposent ces molécules à -80 °C », soit justement la température à laquelle le vaccin de Pfizer-BioNTech doit être conservé, poursuit le chercheur.

« Mais, même à cette température de -80 °C, l’ARN va finir par se dégrader à long terme. Pour éviter toute dégradation lors d’une longue conservation, on le lyophilise, on retire l’eau qui aurait autrement facilité sa dégradation. Mais cette solution n’est pas possible pour les vaccins à ARNm en raison des nanoparticules de lipide », fait-il remarquer.

Différence de température

Si le vaccin de Pfizer-BioNTech doit être conservé à -80 °C, celui de Moderna, quant à lui, peut l’être à -20 °C pendant six mois, voire à une température de 2 à 8 °C pendant 30 jours, et à la température ambiante pendant 12 heures. Pourtant, la composition de base des deux vaccins est identique.

« Probablement que les scientifiques de Pfizer-BioNTech n’ont pas voulu prendre le risque d’entreposer leur vaccin à -20 °C, et qu’ils ont fait tous leurs essais cliniques avec un vaccin conservé à -80 °C », avance le Dr Ferbeyre.

La différence de température annoncée par les deux fabricants « dépend des données de stabilité que chacun a pu accumuler à différentes températures, ce qui exige habituellement plus d’un an de travail », explique Gary Kobinger. Et pour améliorer la stabilité du vaccin à des températures plus élevées, il faut jouer « sur la formulation du vaccin, ce qui requiert des années de travail », souligne-t-il.

Moderna a vraisemblablement éprouvé la stabilité des fragments d’ARNm utilisés dans son vaccin à différentes températures (plus élevées que -80 °C) durant des durées variables, sachant que ce serait plus pratique que le vaccin puisse être conservé à une température de -20 °C, qui est la température de congélateurs courants utilisés pour la conservation des aliments, voire à une température de 2 à 8 °C, qui est celle d’un réfrigérateur classique.

« Moderna a probablement observé que la quantité d’ARNm qui va se dégrader si les vaccins sont gardés à quelques degrés au-dessus de 0 °C pendant 30 jours n’est pas très importante. Mais il faudra que la compagnie nous montre les résultats qu’elle a obtenus quand elle a administré des préparations de vaccin conservées à cette température pendant un mois, sinon elle n’a pas le droit d’affirmer ça », soutient le Dr Ferbeyre, tout en rappelant qu’à ce moment-ci, « on ne sait pas si les 30 000 participants ont été vaccinés avec des préparations vaccinales conservées à -20 °C. Tous ces détails figureront dans le dossier que la compagnie déposera à la Food and Drug Administration (FDA) pour que son vaccin soit approuvé. Mais cette information n’est pas disponible à l’heure actuelle ».

Assez de congélateurs au Canada ?

« Les congélateurs capables de maintenir une température de -80 °C coûtent environ 10 000 $ chacun, précise le Dr Ferbeyre.  La vaccination avec des préparations qui demandent à être conservées à des températures aussi basses ne sera pas si compliquée au Canada, aux États-Unis et dans les autres pays développés, croit-il. Ce le sera probablement plus dans les pays en développement situés à des latitudes où il fait très chaud. »

Michel Bernier, professeur au Département de génie mécanique de Polytechnique Montréal, rappelle qu’il y a une solution intermédiaire à ces congélateurs à deux compresseurs qui sont très différents des congélateurs traditionnels. Cette solution, qui a été proposée par la compagnie Pfizer-BioNTech pour distribuer ses doses de vaccin, est celle de conteneurs renfermant de la glace sèche.

« La glace sèche permettrait de maintenir les vaccins à la température requise sans avoir recours à des réfrigérateurs. Les vendeurs de crème glacée ambulants qui se promènent l’été, dans les parcs, maintiennent leurs friandises glacées grâce à de la glace sèche qui a été insérée dans la glacière qui est déposée sur leur tricycle », dit-il.

Facile à produire, la glace sèche serait plus facilement accessible que les congélateurs atteignant -80 °C, croit M. Bernier.

La glace sèche est du dioxyde de carbone (CO₂) sous forme solide dont la température est de -78,5 °C. Quand on la réchauffe, elle se sublime, c’est-à-dire qu’elle passe de l’état solide à l’état gazeux. On la fabrique à partir de cylindres de CO₂ liquide dont on abaisse la pression. « Cette détente abaisse de façon drastique la température du CO₂, qui passe alors de la forme gazeuse à solide », explique-t-il.

« On imagine que le fabricant va d’abord congeler les doses de vaccin dans un appareil permettant d’atteindre -80 °C et que ces doses seront ensuite transportées dans des conteneurs dotés de glace sèche. La glace sèche demeurera solide plus ou moins longtemps selon le degré d’isolation du conteneur et le nombre de doses de vaccin qu’il contiendra. On ne pourra pas maintenir -80 °C dans le conteneur indéfiniment, il faudra soit utiliser les vaccins le plus rapidement possible, soit renouveler la glace sèche du conteneur », avance le chercheur.

« Même si le vaccin de Moderna ne nécessite pas du -80 °C, ce qui est plus difficile que du -20 °C, on se prépare à toutes les possibilités. Je veux que dès qu’on aura reçu le vaccin, on soit capable de le distribuer rapidement dans toutes les régions du Québec », a affirmé, lors du point de presse quotidien du 17 novembre, le premier ministre François Legault quand on lui a demandé s’il privilégierait le vaccin de Moderna plutôt que celui de Pfizer-BioNTech étant donné qu’il se conserve à une température plus habituelle.

« Dans le contexte actuel de pandémie et de rareté du vaccin, faire la fine bouche entre un modèle de vaccin et un autre qui [tous les deux] ont un effet à peu près similaire [de plus de 90 % d’efficacité, ce qui est exceptionnel], on n’a pas ce moyen », a ajouté le Dr Horacio Arruda. « C’est vrai que [de maintenir les vaccins] à -20 °C, c’est plus simple qu’à -80 °C, mais on se prépare déjà pour le vaccin à -80 °C. On ne veut pas refuser des doses de vaccin qui permettraient de sauver la population. »

Le ministère de la Santé a confirmé au Devoir qu’« il travaille actuellement sur une liste des besoins en fonction des caractéristiques des vaccins ». Ses « équipes travaillent à [se procurer] les installations nécessaires à l’entreposage [des vaccins] afin d’être prêtes lors des premières livraisons. Actuellement, l’achat de congélateurs se fait auprès d’une multinationale afin d’accéder rapidement à leur acquisition. La Santé publique est à pied d’œuvre pour assurer une telle planification, qui inclut la logistique de distribution et l’organisation des sites de vaccination », a précisé le service des affaires publiques et stratégies du ministère.