Quillaja saponaria (Wikimedia)

Un albero contro la pandemia

Come le sostanze derivate da una pianta cilena sono diventate uno degli ingredienti principali del promettente vaccino di Novavax

Quillaja saponaria (Wikimedia)
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Nelle rigogliose foreste favorite dal clima temperato del Cile centrale, in Sudamerica, cresce una specie di piante che potrebbe rivelarsi molto importante per mettere fine all’attuale pandemia da coronavirus. Una sostanza derivata dalla corteccia degli alberi del legno saponario (Quillaja saponaria) è uno degli ingredienti principali del promettente vaccino sperimentale dell’azienda statunitense Novavax, che da poco ha mostrato di avere un’efficacia superiore al 90 per cento nel proteggere dalla COVID-19. Un’autorizzazione e l’impiego su larga scala del vaccino di Novavax potrebbero rendere necessario l’utilizzo di grandi quantità di Quillaja saponaria, ma recuperarne a sufficienza tutelando al tempo stesso le foreste cilene non sarà semplice.

Vaccino e proteine
Novavax ha sede nel Maryland, esiste da 34 anni e ha concentrato buona parte delle proprie ricerche sui vaccini sperimentali contro l’influenza e malattie molto pericolose come l’Ebola. Nel gennaio del 2020, la società annunciò l’avvio dello sviluppo di un vaccino a proteine ricombinanti contro il coronavirus, realizzato con un approccio diverso da quelli a RNA messaggero (come Pfizer-BioNTech e Moderna) o a vettore virale (AstraZeneca e Johnson&Johnson).

L’involucro esterno del coronavirus (SARS-CoV-2) è costellato da punte (proteine spike) che il virus utilizza per eludere le difese delle cellule, all’interno delle quali inietta il proprio RNA per produrre nuove copie di se stesso. Il vaccino di Novavax ha l’obiettivo di presentare al sistema immunitario le proteine spike, senza il resto del coronavirus, in modo che le nostre difese imparino a contrastarle senza dovere fare i conti con il virus vero e proprio e il rischio di sviluppare un’infezione.

Versione stilizzata del coronavirus, sulla sua superficie sono evidenti le punte contenenti le proteine che riescono a legarsi alle cellule del nostro organismo; la linea nera mostra il materiale genetico (RNA) che il coronavirus inietta poi nella cellula per replicarsi (Wikimedia)

In ogni dose del vaccino sono presenti grandi quantità di minuscole particelle contenenti le proteine spike, più un adiuvante: una sostanza che induce una risposta immunitaria più marcata e che consente quindi di impiegare meno proteine spike, rendendo più semplice la produzione di grandi quantità di vaccino. L’adiuvante è ottenuto in parte dalla Quillaja saponaria e per questo gli alberi cileni sono così importanti.

Desert King
Lo sanno bene i dirigenti di Desert King, un’azienda con sede a San Diego in California (Stati Uniti) e con uno stabilimento in Cile, dedicato proprio alla Quillaja saponaria.

Le cose da sapere sul coronavirus

Per più di 40 anni, la società si è dedicata alla produzione di additivi alimentari come le saponine, sostanze che vengono utilizzate per far produrre una schiuma più spessa e persistente in vari tipi di bevande. Alcune di queste saponine sono ricavate dalla corteccia del legno saponario, che come suggerisce il nome contiene al proprio interno componenti che consentono di ottenere un prodotto simile al comune sapone, ma di origine completamente vegetale.

Nel proprio stabilimento cileno, Desert King polverizza la corteccia della Quillaja saponaria, la mischia con acqua e ottiene un prodotto schiumoso e dal sapore amarognolo. Il composto viene poi impiegato nel settore alimentare per rendere più cremosi alcuni preparati, nei cosmetici o diventa la base per produrre il QS-21, un particolare adiuvante per i vaccini, tra i pochi e più recenti a essere stati approvati dalla Food and Drug Administration (FDA), l’agenzia governativa che si occupa di farmaci negli Stati Uniti.

Adiuvanti
Esistono diversi tipi di vaccini e non tutti hanno bisogno di un adiuvante. I vaccini che impiegano virus attenuati, quindi non in grado di causare la malattia, suscitano una risposta immunitaria sufficiente per conto proprio. Nel corso degli anni e con virus particolarmente elaborati emerse però la necessità di seguire un approccio ancora più sicuro che consisteva nell’utilizzare solo alcune parti (proteine) del virus, in modo da ridurre ulteriormente i rischi.

Il sistema immunitario non mostrava di essere molto colpito da questi nuovi vaccini, fino a quando i ricercatori non iniziarono a utilizzare alcune sostanze – gli adiuvanti – per stimolarlo. Semplificando, l’adiuvante ha la funzione di attivare alcune cellule immunitarie, che a quel punto associano la loro risposta alla presenza delle proteine del virus trasportate dal vaccino, portandole infine a organizzare una risposta specifica contro quella minaccia e a serbarne un ricordo nel caso di eventuali future infezioni vere e proprie.

Non fu da subito tutto semplice con gli adiuvanti. In alcuni casi il loro impiego portava a risposte esagerate del sistema immunitario, con effetti avversi come febbre alta e rigonfiamento dei linfonodi, le ghiandole dove le cellule del sistema immunitario incontrano le potenziali minacce e si attivano per contrastarle. Furono necessari diversi anni di ricerche per capire meglio quale fosse il ruolo degli adiuvanti e i meccanismi che innescavano nel nostro organismo.

Alla fine degli anni Novanta, divenne più chiaro che gli adiuvanti hanno la capacità di stimolare alcuni recettori presenti nelle cellule dendritiche, specializzate nella cattura degli agenti esterni (antigeni). Un adiuvante stimola uno o più di questi recettori e al tempo stesso contribuisce a fare aumentare il tempo di permanenza nell’organismo delle sostanze iniettate tramite il vaccino, facendo lavorare più a lungo e intensamente il sistema immunitario. L’impiego degli adiuvanti ha reso possibile lo sviluppo di vaccini via via più efficaci, come quelli che vengono aggiornati ogni anno per contrastare l’influenza stagionale.

Matrix-M
Per produrre vaccini adiuvati occorrono poche quantità di QS-21, il cui costo è relativamente alto: circa 100mila dollari al grammo, nella sua forma in polvere. Desert King ne detiene sostanzialmente il monopolio e per questo Novavax si è rivolta direttamente all’azienda, quando ha avviato lo sviluppo del nuovo vaccino contro il coronavirus. L’adiuvante a base di saponine di Novavax si chiama Matrix-M, è derivato dall’acquisto nel 2013 dell’azienda svedese Isconova e per il successo del vaccino deve essere disponibile in quantità adeguate, altrimenti non si possono produrre le dosi per soddisfare l’alta domanda da parte dei governi.

Come raccontato alcuni mesi fa dall’Atlantic, Novavax avviò i primi contatti con Desert King lo scorso anno, quando l’azienda farmaceutica stava per ricevere un finanziamento internazionale di oltre 380 milioni di dollari per produrre almeno 100 milioni di dosi entro la fine dell’anno, e almeno un miliardo di dosi entro la fine del 2021. La società aveva inoltre concrete possibilità di ricevere finanziamenti tramite Operation Warp Speed, l’iniziativa avviata dall’allora presidente degli Stati Uniti, Donald Trump, per accelerare la ricerca e lo sviluppo dei vaccini.

Novavax aveva bisogno che le fosse garantita una fornitura di quasi 700 chilogrammi di saponine nel 2020, e di tre volte tanto per l’anno seguente. I dirigenti di Desert King diedero la propria disponibilità, anche se sul momento non avevano idea di come potessero mettere insieme una simile quantità di prodotto in tempi stretti.

Ambiente e raccolta
Negli ultimi 20 anni, le principali foreste del Cile si sono ridotte sensibilmente e gli alberi di Quillaja saponaria sono via via diventati più rari. Per tutelare il proprio patrimonio ambientale, il Cile ha introdotto leggi che prevedono particolari permessi per poter abbattere gli alberi del legno saponario, mentre è consentita la loro potatura a patto che interessi al massimo un terzo di ogni pianta e che sia realizzata a intervalli di cinque anni. Le nuove regole hanno ridotto i problemi di deforestazione riscontrati in passato, quando gli alberi venivano privati della loro corteccia e, incapaci di rigenerarla, marcivano fino a morire, creando ulteriori problemi nelle foreste.

Con i giusti sistemi di raccolta e di filtraggio è possibile ottenere le saponine dai rami di Quillaja saponaria durante i cicli di potatura, preservando la salute degli alberi. Il miglioramento di queste tecniche ha reso possibile un’estrazione più sostenibile ed è la chiave di volta su cui si basa buona parte delle attività di Desert King in Cile.

La società non possiede grandi appezzamenti di terreno, ma fa affidamento sui proprietari terrieri cileni che si sono specializzati nella gestione delle foreste da cui ottenere le saponine. Utilizzano i metodi di potatura consigliati per ottenere la materia prima senza danneggiare gli alberi, con intervalli tra una potatura e l’altra che in alcuni casi possono essere di 20 anni, ben oltre i limiti imposti dalle leggi cilene. Le parti di corteccia dei rami sono impiegate per produrre le materie prime per l’adiuvante QS-21, mentre il resto viene impiegato per altre preparazioni e attività. In prospettiva ci sono anche miglioramenti nei sistemi di estrazione dalle foglie, per aumentare la resa di ogni potatura.

Desert King fornisce inoltre sementi ai proprietari terrieri cileni, per incentivarli a coltivare le piante di Quillaja saponaria, in modo da sopperire alle perdite di verde registrate nei decenni passati. Altri programmi governativi hanno lo stesso obiettivo e stanno favorendo una maggiore disponibilità di piante del legno saponario.

Alternative e concorrenza
Non tutti sono però convinti che la produzione di Desert King possa soddisfare completamente la domanda, nel caso di un grande successo del vaccino di Novavax. Tra le preoccupazioni più grandi c’è il rischio di grandi incendi boschivi, come quelli che interessarono il Cile nel 2017, causando la distruzione di ampie aree di foreste. Il governo cileno potrebbe inoltre cambiare orientamento, vietando lo sfruttamento delle piante di Quillaja saponaria. Ci sono poi le incognite legate alle condizioni ambientali, che potrebbero compromettere la crescita degli alberi da poco piantati, e che richiederanno comunque anni prima di poter essere utilizzati per estrarre le saponine.

Anche per questo motivo alcune aziende concorrenti di Desert King si stanno attrezzando, con approcci alternativi e ritenuti promettenti. Un’ipotesi è di impiegare una versione di QS-21 che sia semisintetica, in modo da dovere utilizzare minori quantità di estratti dalla Quillaja saponaria. Un altro approccio consiste nel coltivare in laboratorio le cellule della pianta, in modo da poterne poi estrarre le saponine.

Novavax per ora sembra comunque interessata a farsi rifornire da Desert King. A maggio dello scorso anno le attività di estrazione delle saponine in Cile erano ai minimi a causa delle restrizioni imposte dal governo per contenere la diffusione del coronavirus. I dirigenti scrissero una lettera al presidente cileno, Sebastián Piñera, chiedendogli aiuto per risolvere il problema che rischiava di mettere a rischio la produzione dei vaccini. Pochi giorni dopo il governo concesse un’eccezione per consentire ai dipendenti di Desert King e ai suoi collaboratori esterni di proseguire nelle attività di raccolta e di produzione delle saponine.

Altre aziende hanno preferito non correre rischi e hanno mantenuto approcci diversi, fin dall’inizio della pandemia. Sanofi e GSK, per esempio, realizzano gli adiuvanti per i loro vaccini partendo da una sostanza naturale, un composto oleoso prodotto dal fegato degli squali, impiegata in piccole quantità insieme ad altri prodotti. Ne hanno messa da parte a sufficienza per le loro attività e le scorte garantiranno l’eventuale produzione di centinaia di milioni di dosi, se alcuni dei loro vaccini sperimentali contro il coronavirus si riveleranno efficaci e saranno autorizzati.

Desert King ritiene comunque di avere tutto sotto controllo e che la produzione delle saponine possa essere incrementata, se necessario. La società sta valutando se aprire altri stabilimenti, anche grazie agli investimenti fatti da Novavax e alla prospettiva di dover rifornire l’azienda con grandi quantità di materie prime per l’adiuvante QS-21.

Il 14 giugno scorso, Novavax ha annunciato i risultati preliminari dell’ultima fase (su 3) del proprio vaccino contro il coronavirus, che ha fatto riscontrare un’efficacia del 90 per cento. Dei 77 casi di COVID-19 riscontrati tra i 30mila volontari, 14 si sono verificati tra chi aveva ricevuto il vaccino e 63 tra chi aveva ricevuto una sostanza che non fa nulla (placebo). L’azienda intende presentare alle autorità sanitarie la richiesta di autorizzazione di emergenza per il proprio vaccino entro la fine dell’estate, arrivando a produrre nei prossimi tre mesi circa 100 milioni di dosi al mese, arrivando a 150 milioni di dosi al mese in autunno.