ทำไมวัคซีนต้องแช่เย็น?

วัคซีนต้องเก็บไว้ในสภาวะที่เฉพาะเจาะจงเพื่อหลีกเลี่ยงการย่อยสลาย เงื่อนไขเหล่านี้มักกำหนดโดยผู้ผลิต ในขั้นตอนของการผลิตการแจกจ่ายการจัดเก็บและการบริหารจัดการในท้ายที่สุดจะต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขเหล่านี้และกระบวนการนี้เรียกว่าโซ่ความเย็น

หากห่วงโซ่ความเย็นขาด ณ จุดใด ๆ ในระหว่างการขนส่งหรือการเก็บรักษาเนื่องจากการสัมผัสกับอุณหภูมิที่รุนแรงความแรงของวัคซีนอาจลดลงหรือวัคซีนอาจไม่ได้ผลอย่างสมบูรณ์

วัคซีนส่วนใหญ่ต้องแช่เย็นที่อุณหภูมิระหว่าง 2-8 องศาเซลเซียสโดยมีค่าเฉลี่ย 5 องศาเซลเซียสและมีความผันผวนน้อยที่สุด โดยปกติตู้เย็นในห้องปฏิบัติการที่ออกแบบมาเป็นพิเศษมักใช้เพื่อวัตถุประสงค์นี้ ตู้เย็นเหล่านี้มีความผันผวนของอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยในแต่ละวันและฤดูกาลไม่มีอุณหภูมิที่สูงเกินไปบนพื้นผิวภายในใด ๆ และอาจมีการแสดงอุณหภูมิภายนอกที่บันทึกอุณหภูมิภายในโดยอัตโนมัติในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ

วัคซีนที่มีชีวิตจำนวนมากทนต่อการแช่แข็ง ขึ้นอยู่กับคำแนะนำของผู้ผลิตวัคซีนที่มีชีวิตบางชนิดจะถูกแช่แข็งที่ระหว่าง -15 ถึง -50 องศาเซลเซียส

วัคซีนที่ไม่ได้ทำซ้ำส่วนใหญ่เช่นไวรัสหรือแบคทีเรียที่ปิดใช้งานหน่วยย่อยของโปรตีนบริสุทธิ์แอนติเจนของคาร์โบไฮเดรตและแอนติเจนของโปรตีนหน่วยย่อยรีคอมบิแนนท์จะได้รับการฉีดควบคู่ไปกับสารเสริมเช่นเกลืออลูมิเนียม เกลืออลูมิเนียมถูกนำมาใช้ในวัคซีนทั่วโลกมาเกือบศตวรรษแล้ว เกลืออลูมิเนียมสร้างพันธะไอออนิกกับแอนติเจนในวัคซีนช่วยเพิ่มความเสถียรและความแรงได้อย่างมาก

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการใช้สารเสริมเกลืออลูมิเนียมเพื่อเพิ่มการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันของโฮสต์หลังการให้ยาควบคู่ไปกับวัคซีน เกลืออลูมิเนียมทำหน้าที่ในโมโนไซต์มาโครฟาจและแกรนูโลไซต์เพื่อกระตุ้นให้เกิดไซโตไคน์สร้างสภาพแวดล้อมภูมิคุ้มกันในท้องถิ่น นอกจากนี้ยังอาจกระตุ้นให้เกิดการตายของเซลล์สโตรมัลในท้องถิ่นทำให้มีการปล่อยกรดยูริกออกมาจากนั้นจะกระตุ้นให้เกิดการอักเสบ

ไม่ว่าในกรณีใดเกลืออลูมิเนียมมีความไวสูงต่อความเสียหายจากการแช่แข็งเนื่องจากวัฏจักรการละลายน้ำแข็งทำให้เกิดการรวมตัวและการตกตะกอนของอนุภาคคอลลอยด์ อุณหภูมิที่สูงทำให้แทบไม่มีผลกระทบต่อโครงสร้างของอลูมิเนียมเจล

อันที่จริงความเสียหายจากการแช่แข็งมักจะส่งผลกระทบมากกว่าความเสียหายจากความร้อนสำหรับวัคซีนแม้ว่าผู้ผลิตส่วนใหญ่จะแนะนำไม่ให้พวกเขานั่งที่อุณหภูมิห้องนานกว่า 30 นาทียกเว้นในกรณีพิเศษบางอย่าง ที่อุณหภูมิสูงเข้าใกล้และสูงกว่า 45 องศาเซลเซียสโปรตีนที่มีอยู่ในวัคซีนจะถูกทำให้เสื่อมสภาพค่อนข้างเร็วในที่สุดก็สูญเสียความสามารถโดยสิ้นเชิงเนื่องจากโครงสร้างของแอนติเจนไม่มีอยู่อีกต่อไป

Kumar et al. (1982) พบว่าวัคซีนบาดทะยักสามารถอยู่รอดได้ที่อุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียสเป็นเวลาหลายสัปดาห์ในขณะที่อุณหภูมิ 45 องศาเซลเซียสพบว่ามีการสูญเสียความแรง 5% ต่อวันในช่วงสองสัปดาห์แรกของการเก็บรักษา เมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียสวัคซีนจะไม่ได้ผลอย่างสมบูรณ์หลังจากสามถึงห้าชั่วโมง ในทางกลับกันเมื่อเก็บไว้ที่ -30 องศาเซลเซียสเป็นเวลาสิบสองชั่วโมงวัคซีนบาดทะยักจะสูญเสียความสามารถไปประมาณ 30%

โปรตีนที่มีอยู่ในวัคซีนอาจได้รับความเสียหายโดยตรงจากวัฏจักรการละลายน้ำแข็งโดยกลไกต่างๆ ในระหว่างการแข็งตัวของผลึกน้ำแข็งขนาดเล็กอย่างรวดเร็วจะเกิดขึ้นซึ่งจำเป็นต้องมีพื้นที่ผิวที่ใหญ่กว่าของโปรตีนดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะสัมผัสกันมากขึ้นทำให้เกิดความเสียหายและเกิดการคลี่บางส่วน

ผลึกน้ำแข็งที่มีขนาดใหญ่ขึ้นทำให้เกิดความเสียหายรุนแรงมากขึ้นการกลืนกินโปรตีนและอาจทำให้ภาชนะบรรจุวัคซีนเสียหาย เมื่อละลายกระบวนการตกผลึกซ้ำจะทำให้เกิดความตึงเครียดและความเค้นเฉือนกับโปรตีน

การจัดเก็บวัคซีนในอุณหภูมิที่เย็นยังช่วยลดความจำเป็นในการใช้สารกันบูดอื่น ๆ และช่วยลดความเสี่ยงของการเติบโตของแบคทีเรียภายในวัคซีน สารเคมีอื่น ๆ หลายชนิดอาจมีอยู่ในวัคซีนเช่นร่องรอยของยาปฏิชีวนะจากกระบวนการผลิตสารให้ความคงตัวเช่นซอร์บิทอลและสารควบคุมความเป็นกรดเช่นฮิสทิดีนซึ่งทั้งหมดนี้อาจได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิที่สูงเกินไป