اللقاحات الفيروسية المستندة إلى زراعة الخلايا – التفتيت الفعال للخلايا باستخدام الموجات فوق الصوتية
تسهل أجهزة الموجات فوق الصوتية من Hielscher تكسير الخلايا وتحويل مزارع الخلايا المصابة بالفيروسات (مثل Vero) إلى مادة قابلة للذوبان، وذلك بهدف حصاد الفيروسات في إنتاج اللقاحات. استفد من عملية تكسير موثوقة وفعالة لمزارع الخلايا باستخدام الموجات فوق الصوتية عالية الأداء!
تفتيت الخلايا لاستخلاص الفيروسات في اللقاحات القائمة على زراعة الخلايا
يتطلب إنتاج اللقاحات القائم على زراعة الخلايا — على سبيل المثال في سلالات الخلايا Vero أو MDCK أو EB66 أو CHO أو PER.C6 — استخلاص الفيروس من المزرعة في نهاية دورة العدوى. اعتمادًا على نوع الفيروس، تكون نسبة كبيرة من الفيروس المستخرج مرتبطة بالخلايا، إما داخل الخلايا أو مرتبطة بغشاء الخلية. ولذلك، فإن الاستخراج الكامل واللطيف يعتمد على التمزيق الفعال للخلايا وتحويل كتلة الخلايا إلى مادة قابلة للذوبان. يُعد التحلل بالموجات فوق الصوتية طريقة موثوقة ومُثبتة منذ زمن طويل لتفتيت الخلايا وما يتبعه من إطلاق الفيروسات والبروتينات الفيروسية والحمض النووي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). معالجة مزارع الخلايا المصابة بالفيروسات، المعالجة بالموجات فوق الصوتية – استخدام الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة – يفتح الخلايا، ويفصل جزيئات الفيروس عن الأغشية وبقايا الخلايا، ويجعل المحصول متجانسًا ليصبح معلقًا قابلًا للضخ ومنخفض اللزوجة، يمكن توجيهه مباشرةً إلى عمليات التصفية والطرد المركزي والكروماتوغرافيا.
كيف يعمل الصوتنة؟
يعتمد تكسير الخلايا بالموجات فوق الصوتية على قوى ميكانيكية بحتة. ويؤدي التجويف الصوتي إلى توليد قصّ محلي شديد وتيارات دقيقة، مما يؤدي إلى تمزق أغشية الخلايا وتعزيز انتقال الكتلة بين داخل الخلية والوسط المحيط بها.
نظام إنتاج اللقاح بالموجات فوق الصوتية: صوتي صناعي UIP2000hdT مزود بمفاعل من الفولاذ المقاوم للصدأ
ما هي مزايا تفتيت الخلايا بالموجات فوق الصوتية؟
تمنح آلية العمل هذه المعالجة بالموجات فوق الصوتية ميزة حاسمة مقارنة بالتحلل الكيميائي: فلا حاجة إلى استخدام المنظفات أو الليزوزيم أو البروتيناز ك أو أي كواشف تحلل أخرى قد تغير خصائص المحلول الناتج عن التحلل، أو تتداخل مع عمليات التنقية اللاحقة، أو يتعين إزالتها قبل المعالجة اللاحقة. على النقيض من ذلك، يتطلب التحلل الإنزيمي فترات حضانة طويلة وغالبًا ما يسفر عن نتائج غير قابلة للتكرار. ونظرًا لإمكانية ضبط شدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية بدقة لتناسب العينة البيولوجية، يتم تجنب المعالجة الزائدة والتحلل وفقدان المحصول.
استخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية في:
- تعطيل الخلايا المصابة بالفيروسات وتحللها في المزارع الملتصقة والمعلقة
- إطلاق جسيمات فيروسية داخل الخلايا ومرتبطة بالغشاء
- تحليل الكتلة الخلوية وتقليل لزوجة المحصول
- تجانس حطام الخلايا وتفكيك تكتلاته لتسهيل عملية التصفية
- تفتيت تجمعات الفيروسات لتحويلها إلى معلق متجانس
- تعطيل مسببات الأمراض عند سعة وضغط ومدة تعرض محددة
- تكثيف خطوات التحلل القائمة على المنظفات أو الإنزيمات حيثما دعت الحاجة إلى ذلك
تفكيك الخلايا بالموجات فوق الصوتية على نطاق صناعي: سونيكاتور UIP6000hdT مزودة بخلية تدفق من الفولاذ المقاوم للصدأ من أجل المعالجة المستمرة لمزارع الخلايا المصابة بالفيروسات.
سونيكاتور UP400ST مع خلية التدفق FC22K لتفتيت الخلايا أثناء المعالجة
لماذا ينبغي عليّ استخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية في عملية استخلاص الفيروسات؟
رسم تخطيطي للمعالجة المتسلسلة لمادة الروتا فيروس أحادية التكافؤ السائبة. تمت معالجة المادة الخام بطريقة معقمة مباشرةً من وعاء الاستزراع (CF-10)، ونُقلت عبر مضخة تمعجية من خلال خلية تدفق مزودة بجهاز صوتي لتفتيت أي بقايا خلوية متبقية. ثم تم تصفية المادة المعالجة بالصوت قبل وضعها في وعاء وسيط لتحقيق الاستقرار.
الدراسة والصورة: لانغستون وآخرون، 2026.
مزايا
- قابل للتعديل بدقة للعملية
- تحلل خالٍ من المواد الكيميائية، ميكانيكي بحت
- نظيف & خلايا تدفق تُعالج بطريقة صحية ومتوافقة مع أنظمة CIP/SIP
- قابلية عالية للتكرار مع تسجيل البيانات تلقائيًا
- التوسع الخطي من المختبر إلى الإنتاج
- سهل & التشغيل الآمن، التحكم عن بُعد في المتصفح
- مصدق & معدات متينة مخصصة للعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع
- كفاءة عالية في استخدام الطاقة، حيث تتراوح نسبة الطاقة التي تنتقل من قابس الكهرباء إلى السائل بين 80 و90٪ تقريبًا
الإعداد النموذجي لعملية استخلاص الفيروسات
- الحصاد والتركيز. استرجاع مزرعة الخلايا المصابة (سائل الاستزراع، أو بقايا الخلايا المأخوذة من المفاعلات الحيوية ذات القاعدة الثابتة أو المفاعلات الحيوية ذات الاستخدام الواحد، أو حبيبات الخلايا التي تم طردها بالطرد المركزي وأعيد تعليقها في محلول معادل).
- الحالة. اضبط المحلول العازل ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة. كما أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية تحسّن عملية الخلط والذوبان لمكونات محلول التحلل في حالة استخدام خطوة مدعومة بالمحلول العازل أو المنظف.
- التفتيت بالموجات فوق الصوتية. مرر المعلق عبر خلية تدفق مغلفة ومزودة بنظام مراقبة درجة الحرارة (نظام إعادة التدوير للعمل على دفعات، أو مرور واحد أو عدة مرور للمعالجة المستمرة المدمجة في الخط). اضبط السعة ووقت البقاء على الحد الأدنى الذي يحقق معدل التفتيت المستهدف، بحيث يتم الحفاظ على المستضدات الفيروسية.
- التعطيل الاختياري. استخدام سعة أعلى، وضغط أعلى، وفترة تعرض أطول، أو ما يُعرف بـ«التحفيز الحراري الصوتي»، لتعطيل مسببات الأمراض بما يتماشى مع استراتيجية اللقاح.
- في اتجاه مجرى النهر. قم بتصفية المحلول المتجانس ذي اللزوجة المنخفضة الآن، ثم قم بفصله بالطرد المركزي و/أو الترشيح، ثم قم بإجراء عملية الكروماتوغرافيا، والتركيز، والتركيب.
بعد الحصاد: تصنيع باستخدام نفس التكنولوجيا
تتولى منصة «هيلشر» نفسها، التي تعمل على تفتيت الخلايا، أيضًا خطوات تركيب اللقاح. ويؤدي التشتت والتفكيك بالموجات فوق الصوتية إلى إنتاج معلقات متجانسة من المستضدات، بما في ذلك شظايا الخلايا والمستضدات البروتينية، في البوليمرات أو التغليف الليبوزومي. تتكون المواد المساعدة القائمة على الألومنيوم، مثل Alhydrogel™، من جزيئات أولية دقيقة تتكتل بسهولة؛ ويوفر التشتت بالموجات فوق الصوتية التوزيع المتجانس للمستضدات والمواد المساعدة المطلوب لتحقيق التكامل الناجح. كما تُستخدم أجهزة Hielscher الصوتية لتركيب الأدوية واللقاحات في الجسيمات الشحمية (الليبوزومات) وناقلات ذات بنية نانوية مثل الجسيمات النانوية الدهنية الصلبة، مع تحكم دقيق في حجم الناقل، وتحسين تحميل الدواء، وتعزيز الاستقرار. ويُعد إزالة الغازات من المعلق النهائي قبل تعبئته في قوارير أو محاقن خطوة أخرى قياسية في المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
احصل على مزيد من التفاصيل هنا: استخدام الموجات فوق الصوتية في إنتاج اللقاحات.
آمنة ونظيفة وخاضعة للرقابة — جاهزة للتصنيع
- الأجزاء الملامسة للسائل مصنوعة من التيتانيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ، وقابلة للتعقيم في الأوتوكلاف
- تتوفر مفاعلات ذات خلايا تدفق متوافقة مع CIP/SIP
- أغلفة بلاستيكية أو من الفولاذ المقاوم للصدأ مقاومة للبكتيريا، مخصصة للتركيب في غرف الأبحاث
- توثيق تلقائي للعمليات مع ميزة الكشف عن التلاعب على بطاقة SD/USB
- تشغيل مستمر على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، صيانة قليلة، بدون تبريد قسري
- لا توجد حبيبات قابلة للاستهلاك، ولا غرف طحن، ولا تلوث متبادل بين الدفعات
التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة صنع في ألمانيا
Hielscher الموجات فوق الصوتية معروفة جيدا لأعلى معايير الجودة والتصميم. المتانة والتشغيل السهل تسمح بالتكامل السلس للموجات فوق الصوتية لدينا في المنشآت الصناعية. يتم التعامل بسهولة مع الظروف القاسية والبيئات الصعبة بواسطة الموجات فوق الصوتية Hielscher.
Hielscher Ultrasonics هي شركة حاصلة على شهادة الأيزو وتركز بشكل خاص على الموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. بطبيعة الحال، الموجات فوق الصوتية Hielscher هي CE المتوافقة وتلبية متطلبات UL، وكالة الفضاء الكندية وبنفايات.
تركيب 2x UIP1000hdT (كل وحدة 1 كيلوواط، 20 كيلوهرتز) لإنتاج المستحضرات الصيدلانية
الأسئلة الشائعة حول تفتيت الخلايا بالموجات فوق الصوتية لإنتاج اللقاحات الفيروسية
ما المقصود بتفتيت الخلايا بالموجات فوق الصوتية؟
يعتمد تكسير الخلايا بالموجات فوق الصوتية على استخدام موجات فوق صوتية عالية الكثافة، تتراوح عادةً بين 20 و30 كيلوهرتز، لتمزيق أغشية الخلايا وإطلاق المواد الموجودة داخلها. وتؤدي الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة إلى تكوين فقاعات تجويف في السائل. وعندما تنهار هذه الفقاعات، فإنها تولد قوى قص محلية شديدة وتيارات دقيقة تعمل على تفتيت الخلايا ميكانيكيًا وتعزز انتقال الكتلة بين داخل الخلية والوسط المحيط بها. وفي إنتاج اللقاحات، تُستخدم هذه التقنية لتفتيت مزارع الخلايا المصابة بالفيروسات وإطلاق جزيئات الفيروسات الموجودة داخل الخلايا والمرتبطة بالأغشية إلى المحصول النهائي.
لماذا يُفضل استخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية بدلاً من التحلل الكيميائي أو الإنزيمي لاستخلاص الفيروسات؟
يعمل المعالجة بالموجات فوق الصوتية بقوى ميكانيكية بحتة. ولا تتطلب استخدام أي منظفات أو الليزوزيم أو البروتيناز ك أو أي كواشف تحلل أخرى قد تغير خصائص المحلول المحلل، أو تتداخل مع عمليات التنقية اللاحقة، أو تحتاج إلى إزالتها قبل المعالجة اللاحقة. عادةً ما تتطلب الكواشف الكيميائية تحضيرًا متعدد الخطوات يستغرق وقتًا طويلاً لمنع تثبيط الاختبارات اللاحقة وخطوات المعالجة اللاحقة الأخرى. يتطلب التفتيت الإنزيمي أوقات حضانة طويلة وغالبًا ما يؤدي إلى نتائج غير قابلة للتكرار. كما يدمج التحلل بالموجات فوق الصوتية خطوات إعادة التعليق والتفتيت والاستخلاص في عملية واحدة مستمرة. وفي الحالات التي تتطلب فيها عمليتك خطوة مدعومة بالمنظفات أو الإنزيمات، فإن المعالجة بالموجات فوق الصوتية تعزز هذه الخطوة بدلاً من استبدالها: حيث يعمل التكهف على إضعاف الأغشية وتحسين التعرض المتساوي لجميع الخلايا للمادة الكاشفة.
كيف تقارن تقنية المعالجة بالموجات فوق الصوتية بطرق التجانس الميكانيكي؟
تنقل أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المجس الطاقة فوق الصوتية بشكل مباشر وفعال، لأن السونوترويد يكون على اتصال مباشر مع العينة. وغالبًا ما تؤدي تقنيات التجانس التي تعمل ميكانيكيًا إلى انخفاض كفاءة نقل الطاقة. لا تتطلب المعالجة بالموجات فوق الصوتية استخدام حبيبات طحن مستهلكة أو أختام دوارة في مجرى المنتج، ولا تحتاج إلى فوهات أو غرف قد تنسد بكتلة الخلايا اللزجة، كما لا يحدث تلوث متبادل بين الدفعات.
هل يمكن أن يؤدي المعالجة بالموجات فوق الصوتية إلى إتلاف الفيروس أو المستضد؟
هذه هي المهمة الأساسية للتحسين، وهي قابلة للتحكم. من خلال ضبط معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية، يمكن التحكم بدقة في تأثيرات المعالجة بالموجات فوق الصوتية: فالسعة المنخفضة ومدة المعالجة القصيرة تؤديان إلى تأثيرات خفيفة جدًّا، في حين أن السعات العالية والضغط المرتفع ومدة المعالجة الأطول تؤدي إلى معالجة مكثفة. ونظرًا لإمكانية ضبط الشدة بدقة لتناسب العينة البيولوجية، يتم تجنب المعالجة الزائدة والتحلل وفقدان المحصول. وفي الممارسة العملية، يتم ضبط السعة ووقت البقاء وعدد المرات على الحد الأدنى الذي يحقق معدل التفتيت المستهدف، مع المراقبة المستمرة لدرجة الحرارة والتبريد.
هل يقلل العلاج بالموجات فوق الصوتية من لزوجة المحصول؟
نعم. تتميز المحاصيل الكثيفة ذات الكثافة الخلوية العالية بأنها لزجة ويصعب ضخها بسبب الحمض النووي للخلية المضيفة الذي تم إطلاقه دون أن يتفكك. تعمل المعالجة بالموجات فوق الصوتية على قص وتفتيت الحمض النووي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA)، كما أنها تعمل على إذابة الكتلة الخلوية وتفكيك تكتلات بقايا الخلايا. والنتيجة هي معلق متجانس وقابل للضخ، مما يسهل عمليات التصفية والطرد المركزي والكروماتوغرافيا بشكل أكثر كفاءة. ويُعد تفتيت الحمض النووي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) عن طريق المعالجة بالموجات فوق الصوتية الخاضعة للتحكم أحد التطبيقات المختبرية الراسخة لهذه التكنولوجيا نفسها.
هل يمكنني تشغيل العملية في الوضع المتواصل المدمج؟
نعم. تم تصميم أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher للعمل المستمر على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع في البيئات الصناعية، ويمكن تهيئتها باستخدام خلايا التدفق والمفاعلات من أجل المعالجة المستمرة بالموجات فوق الصوتية المدمجة في خط الإنتاج، أو حلقات إعادة التدوير، أو دمجها في منصات الإنتاج وخطوط المعالجة. ويمكن تشغيلها بنظام المرور الواحد أو المرور المتعدد.
كيف يمكنني الانتقال من مرحلة المختبر إلى مرحلة الإنتاج؟
بشكل خطي، استنادًا إلى مدخلات الطاقة القابلة للقياس. يمكن توسيع نطاق جميع نتائج المعالجة بالموجات فوق الصوتية التي يتم الحصول عليها باستخدام جهاز التجانس بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بشكل خطي لتحقيق إنتاجية أعلى في التصنيع الصناعي؛ كما يمكن نقل معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية التي تم تطويرها باستخدام جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية المكتبي مباشرةً إلى أنظمة Hielscher الأكبر حجمًا. معيار التوسع هو مدخلات الطاقة النوعية لكل وحدة حجم، إلى جانب السعة ووقت البقاء ودرجة الحرارة. تشمل استشارات Hielscher الخاصة بالعمليات توصيات لتحسين المعلمات (السعة، والطاقة النوعية E/V، ووقت البقاء، ودرجة الحرارة، والتحكم في الضغط) المرتبطة بمدخلات الطاقة القابلة للقياس.
هل يعتبر تفتيت الخلايا بالموجات فوق الصوتية مناسبًا للتصنيع في غرف الأبحاث ووفقًا لمعايير ممارسات التصنيع الجيدة (GMP)؟
يمكن تركيب أجهزة الموجات فوق الصوتية من Hielscher بسهولة في مختبرات غرف الأبحاث ومنشآت الإنتاج. وتُصنع أغلفة الأجهزة من البلاستيك المضاد للبكتيريا أو الفولاذ المقاوم للصدأ. أما جميع الأجزاء الملامسة للسائل، مثل السونوتروودات وخلايا التدفق، فهي مصنوعة من التيتانيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ ويمكن تعقيمها في الأوتوكلاف. تتوفر مفاعلات خلايا تدفق خاصة تلبي متطلبات CIP (التنظيف في الموقع) وSIP (التعقيم في الموقع) المتقدمة. يتمتع محول الطاقة من سلسلة UIP الصناعية بتصنيف IP64 ويمكن تركيبه في بيئات صعبة بينما يتم وضع المولد عن بُعد. نظرًا لأن أجهزة Hielscher الصوتية تحول الطاقة الكهربائية إلى تذبذب ميكانيكي بكفاءة عالية جدًّا تبلغ حوالي 80–90٪ من قابس الطاقة إلى السائل، يمكن دمج محول الطاقة في أغطية مغلقة بدون فتحات تهوية، ولا توجد حاجة إلى تبريد قسري مثل الهواء المضغوط أو الماء. وهذا يعني أيضًا عدم ملامسة أي وسيط تبريد للعملية. وتدعم التوثيق التلقائي للعملية إمكانية التتبع وقابلية التكرار في عمليات التصنيع الخاضعة للوائح التنظيمية.
هل يمكن أن يؤدي المعالجة بالموجات فوق الصوتية أيضًا إلى تعطيل الفيروس من أجل إنتاج لقاح معطل؟
نعم. تُستخدم الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة في تعطيل مسببات الأمراض مثل البكتيريا والفيروسات. وباستخدام الجرعة والكثافة المناسبتين من الموجات فوق الصوتية، يمكن معالجة الخلايا والميكروبات وفقًا لهدف العملية، وبالتالي فإن المنصة نفسها تُستخدم في تحلل الخلايا لغرض الحصاد والتعطيل. يوفر الجمع بين الموجات فوق الصوتية والحرارة، المعروف باسم المعالجة الحرارية بالموجات فوق الصوتية، معدل تعقيم أسرع مع انخفاض كبير في شدة الحرارة ومدتها، وهو ما يعد ميزة للحفاظ على المركبات الحساسة للحرارة مثل البروتينات والمستضدات. يُستخدم التعطيل بالموجات فوق الصوتية عمومًا بالاقتران مع الكيمياء الراسخة للتعطيل، ويجب التحقق من صحة حركيات التعطيل الكاملة لكل فيروس محدد.
هل يمكن استخدام النظام نفسه في خطوات التجهيز بعد الحصاد؟
نعم. تتولى المنصة نفسها عملية تشتيت المستضدات في المعلقات، أو البوليمرات أو التغليف الليبوزومي، وتفكيك التكتلات والتوزيع المتجانس للمستضدات والمواد المساعدة القائمة على الألومنيوم مثل Alhydrogel™، وتركيب اللقاحات في الليبوزومات والجسيمات النانوية الدهنية الصلبة مع التحكم الدقيق في حجم الناقل، وخطوة إزالة الغازات قبل التعبئة في قوارير أو محاقن.
الأدب / المراجع
- Langston J. W.; Carroll M.; Whalen M. M.; Jaw, T. M.; Rojas L. V.; Hertel C. C.; Gote V., Balasundaram W.; Serbzhinzhskiy D.; Kapre S.; Olave, I. A. (2026): Novel non-aqueous rotavirus vaccine: Formulated for thermostability and easy administration. Human Vaccines & Immunotherapeutics, 22(1), 2026.
- Mohsen, M.O., Rothen, D., Balke, I. et al. (2021): Neutralization of MERS coronavirus through a scalable nanoparticle vaccine. npj Vaccines 6, 107 (2021).
- Mohsen M.O., Balke I., Zinkhan S. et al. (2022): A scalable and highly immunogenic virus-like particle-based vaccine against SARS-CoV-2. Allergy Vol 77, Issue 1; 2022. 243–257.
- Brittney Mott; Sanjay Thamake; Jamboor Vishwanatha; Harlan P. Jones (2013): Intranasal delivery of nanoparticle-based vaccine increases protection against S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.