I vaccini devono essere conservati in condizioni specifiche per evitare la degradazione. Queste condizioni sono generalmente definite dal produttore. Attraverso le fasi di produzione, distribuzione, conservazione e, infine, amministrazione, queste condizioni devono essere rispettate e questo processo è noto come catena del freddo.
Se la catena del freddo viene interrotta in qualsiasi momento durante il trasporto o lo stoccaggio, a causa dell’esposizione a temperature estreme, la potenza del vaccino potrebbe essere ridotta o il vaccino potrebbe diventare completamente inefficace.
La stragrande maggioranza dei vaccini deve essere refrigerata tra 2-8 gradi Celsius, con una media preferita di 5 gradi Celsius con fluttuazioni minime. A questo scopo vengono solitamente utilizzati frigoriferi da laboratorio appositamente progettati. Questi frigoriferi hanno fluttuazioni di temperatura relativamente minime tra giorni e stagioni, non presentano temperature estreme su nessuna superficie interna e possono avere un display della temperatura esterna che registra automaticamente la temperatura interna a particolari intervalli di tempo.
Molti vaccini vivi tollerano il congelamento. A seconda delle istruzioni del produttore specifico, alcuni vaccini vivi vengono congelati tra -15 e -50 gradi Celsius.
La maggior parte dei vaccini non replicanti, come virus o batteri inattivati, subunità proteiche purificate, antigeni di carboidrati e antigeni proteici di subunità ricombinanti, vengono somministrati insieme ad adiuvanti come i sali di alluminio. I sali di alluminio sono stati utilizzati nei vaccini in tutto il mondo per quasi un secolo. I sali di alluminio formano un legame ionico con l’antigene nel vaccino, migliorando notevolmente la stabilità e la potenza.
Negli ultimi anni, gli adiuvanti del sale di alluminio sono stati utilizzati per migliorare la risposta immunitaria dell’ospite dopo la somministrazione insieme a un vaccino. I sali di alluminio agiscono su monociti, macrofagi e granulociti per indurre citochine, generando un ambiente immunostimolante locale. Possono anche indurre la necrosi locale delle cellule stromali, causando il rilascio di acido urico che poi attiva gli inflammasomi.
In ogni caso, i sali di alluminio sono molto sensibili ai danni da congelamento, in quanto i cicli di gelo-disgelo provocano aggregazione e sedimentazione delle particelle colloidali. Le alte temperature non provocano quasi alcun effetto sulla struttura del gel di alluminio.
In effetti, i danni da congelamento sono spesso molto più impattanti dei danni causati dal calore per i vaccini, sebbene la maggior parte dei produttori raccomandi di non lasciarli a temperatura ambiente per più di trenta minuti tranne che in alcuni casi speciali. A temperature estreme che si avvicinano e superiori a 45 gradi C, le proteine presenti nel vaccino si denaturano in tempi relativamente brevi, perdendo infine completamente potenza poiché la struttura dell’antigene non è più presente.
Kumar et al. (1982) hanno scoperto che un vaccino contro il tetano potrebbe sopravvivere a temperature di 35 gradi C per diverse settimane, mentre a 45 gradi C hanno subito una perdita di potenza del 5% al giorno per le prime due settimane di conservazione. Se esposto a temperature di 60 gradi C, il vaccino è stato reso completamente inefficace dopo tre o cinque ore. Al contrario, se conservato a -30 gradi C per dodici ore, un vaccino contro il tetano ha perso circa il 30% di potenza.
Le proteine presenti all’interno del vaccino possono essere direttamente danneggiate dai cicli di gelo-disgelo mediante diversi meccanismi. Durante il congelamento rapido si formano piccoli cristalli di ghiaccio, che presentano necessariamente una superficie maggiore alle proteine e quindi hanno maggiori probabilità di entrare in contatto, causando danni e dispiegamento parziale.
Cristalli di ghiaccio più grandi causano danni più drastici, inglobando le proteine e potenzialmente danneggiando il contenitore del vaccino. Durante lo scongelamento, il processo di ricristallizzazione esercita tensione e stress di taglio sulle proteine.
La conservazione dei vaccini a basse temperature riduce anche la necessità di altri conservanti e riduce il rischio di crescita batterica all’interno del vaccino. Varie altre sostanze chimiche possono essere presenti in un vaccino, come tracce di antibiotici dal processo di produzione, stabilizzanti come il sorbitolo e regolatori di acidità come l’istidina, che a loro volta possono essere influenzati da temperature estreme.
