حلول بالموجات فوق الصوتية لتحسين إنتاج اللقاحات

تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية في خطوات مختلفة من تحضير اللقاحات: لتحلل الخلايا، وتجنيس المعلقات الخلوية، وتحفيز نمو الخلايا، والتغليف، وربط البروتين بالمواد المساعدة، وغيرها.
تُستخدم أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher في إنتاج المستضدات وتغليفها وصياغتها، وكذلك في خطوة إزالة الغازات قبل تعبئة اللقاح في القوارير أو المحاقن.
تُعد Hielscher Ultrasonics شريككم ذا الخبرة الطويلة في الأنظمة الموثوقة للموجات فوق الصوتية في صناعة المستحضرات الصيدلانية. تعرّفوا على خطوات تصنيع اللقاحات التي يمكن خلالها تحسين إنتاجكم!

إنتاج اللقاحات

يمكن أن تكون المعالجة بالموجات فوق الصوتية مفيدة خلال مراحل مختلفة من إنتاج اللقاحات. لإنتاج لقاح، تتمثل الخطوة الأولى في تحضير المستضد نفسه. وتختلف طريقة توليد المستضد باختلاف نوع العامل الممرض: فبينما تُنمّى الفيروسات إما على خلايا أولية مثل بيض الدجاج (مثلًا للإنفلونزا) أو على خطوط خلوية مستمرة مثل الخلايا البشرية المستزرعة (مثلًا لالتهاب الكبد A)، تُنمّى البكتيريا في المفاعلات الحيوية (مثل Haemophilus influenzae من النمط b). ويمكن أيضًا تنمية البروتينات المؤتلفة المشتقة من الفيروسات أو البكتيريا في الخميرة أو البكتيريا أو المزارع الخلوية. وعند إنتاج المستضد، يجب تحريره من الخلايا التي نُمّي فيها.
قد يلزم تعطيل الفيروس، وربما دون الحاجة إلى مزيد من التنقية. وتتطلب البروتينات المؤتلفة عمليات عديدة تشمل الترشيح الفائق والاستشراب العمودي. وتُضاف مادة مساعدة وعوامل تثبيت ومواد حافظة بحسب صيغة اللقاح. وتعزز المواد المساعدة الاستجابة المناعية للمستضد، بينما تزيد عوامل التثبيت والمواد الحافظة مدة الصلاحية.
يمكن تطبيق المعالجة بالموجات فوق الصوتية في مراحل مختلفة أثناء تصنيع اللقاحات. وباعتبارها طريقة معالجة غير حرارية، فإنها تتجنب التحلل الحراري للمواد القيّمة. تجدون أدناه أكثر التطبيقات شيوعًا التي تُحسّن فيها الموجات فوق الصوتية إنتاج اللقاحات:

تشتيت المستضدات

يجب تشتيت المستضدات، مثل مستضدات الشظايا الخلوية أو المستضدات البروتينية، بصورة متجانسة في معلق أو بوليمر أو ضمن تغليف ليبوسومي للحصول على صيغة لقاح مستقرة. وقد ثبتت على مدى طويل فعالية المعالجة بالموجات فوق الصوتية في تحضير مشتتات دقيقة عند تصنيع المستحضرات الصيدلانية، ولذلك تُعد تقنية راسخة في إنتاج اللقاحات الحديث.
المواد المساعدة القائمة على الألومنيوم، والمكوّنة من جسيمات أولية صغيرة جدًا، هي نوع شائع الاستخدام من المواد المساعدة، ويمكن تجميعها بسهولة في وحدة وظيفية ضمن صيغ اللقاحات. ولدمج المواد المساعدة مع المستضدات، يلزم توزيع المستضد بالتساوي في جميع أجزاء اللقاح المحتوي على الألومنيوم. ويُنتج التشتيت بالموجات فوق الصوتية مشتتات متجانسة من المستضدات والمواد المساعدة (مثل Alhydrogel™).

مسبار للموجات فوق الصوتية وخلية التدفق

تحلل الخلايا والاستخلاص

يجب تحرير المستضدات المنتَجة من الكائنات الحية الدقيقة من الخلية الميكروبية. وتُعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية تقنية مثبتة لتحلل الخلايا والاستخلاص. ومن خلال ضبط معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية، يمكن تثقيب الخلايا أو تفكيكها بحيث تصبح المستضدات المستهدفة متاحة ويمكن عزلها.
اكتشف كيف تُسهّل المعالجة بالموجات فوق الصوتية تحرير الفيروسات في اللقاحات الفيروسية القائمة على زراعة الخلايا!

تعطيل العوامل الممرضة

تُستخدم الموجات فوق الصوتية عالية القدرة لتفكيك الكائنات الحية الدقيقة، مثل البكتيريا والفيروسات، وقتلها. فعلى سبيل المثال، ثبت أن تعطيل E. coli بالموجات فوق الصوتية، متبوعًا بالتشعيع، هو التقنية الأكثر فعالية لتحضير لقاح فعّال ضد داء العصيات القولونية. [Melamed et al. 1991]
من التقنيات الشائعة الاستخدام لتعطيل الميكروبات البسترة الحرارية والتعقيم، اللذان يعتمدان على التعرض المطوّل لدرجات حرارة مرتفعة، وغالبًا ما يؤديان إلى تدهور الخصائص الوظيفية بفعل الحرارة. ويمكن للمعالجة المشتركة بالموجات فوق الصوتية والحرارة (المعالجة الحرارية بالموجات فوق الصوتية) أن تسرّع معدل التعقيم؛ ونظرًا إلى الانخفاض الكبير في شدة المعالجة الحرارية ومدتها، فإن التحلل الحراري للمركبات الحساسة للحرارة (مثل البروتينات والمستضدات). ويتميز التعقيم والبسترة بالموجات فوق الصوتية بالكفاءة من حيث التكلفة وتوفير الطاقة ومراعاة البيئة.

المستحلبات والمعلقات

قد تتكون صيغ اللقاحات من مخاليط الماء والدهون. ونظرًا إلى عدم قابلية الماء والدهون للامتزاج في هذه الصيغ، يجب تحضير مستحلب دقيق القطرات إما بالتغلب على التوتر السطحي للقطرات أو باستخدام مادة خافضة للتوتر السطحي. ويُعد الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية تقنية راسخة لتحضير المستحلبات النانوية / المستحلبات المصغرة، والمستحلبات المزدوجة، و مستحلبات بيكرينغ. فعلى سبيل المثال، يمكن تعليق الببتيدات الدهنية غير القابلة للذوبان في الماء مع المستضد باستخدام الموجات فوق الصوتية بنسبة 1:1 (w/w) في محلول مائي.
علاوة على ذلك، تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتقليل تجمعات الخلايا وتوزيع الخلايا المشتتة فرادى بالتساوي في المعلق.

مجانس صناعي بالموجات فوق الصوتية مزوّد بمفاعل خلية التدفق

MultiSonoReactor MSR-4 هو مفاعل صناعي مدمج في خط المعالجة لإنتاج المستحضرات الصيدلانية واللقاحات بالموجات فوق الصوتية

المواد المساعدة والمواد الحافظة

تحتوي اللقاحات عادةً على مادة مساعدة واحدة أو أكثر لتعزيز الاستجابة المناعية. وبالمعالجة بالموجات فوق الصوتية، تُفك تشابكات الألياف الدقيقة للمواد المساعدة وتُشتت بصورة متجانسة، مما يحسّن ارتباط البروتين على السطح. وتُستخدم أنظمة المواد المساعدة القائمة على المستحلبات على نطاق واسع في تطوير اللقاحات وصياغتها. ويمكن تحضير هذه الأنظمة باستخدام أنواع مختلفة من المستحلبات، مثل الزيت في الماء (o/w)، والماء في الزيت (w/o)، والماء في الزيت في الماء (w/o/w)، أو المستحلبات المثبتة بالبروتينات.
علاوة على ذلك، تُضاف المواد الحافظة لمنع تلوث اللقاح بالبكتيريا أو الفطريات. ويمكن استخدام المواد الحافظة في مراحل مختلفة من إنتاج اللقاحات.
ويعزز استخدام المجانسات بالموجات فوق الصوتية الخلط والتشتيت بدرجة أكبر من التجانس والدقة، ولذلك يُعد أداة موثوقة لإنتاج اللقاحات بكفاءة أعلى.

الصياغة والتغليف الليبوسومي

يمكن إعطاء اللقاحات المغلّفة بالليبوسومات عن طريق الفم أو داخل الأنف أو داخل العضلات أو تحت الجلد، وهي طريقة مفيدة لإيصال اللقاح ومادة مساعدة قد تحسّن الإيصال الموجّه وتقلل سمّية المستضدات المحتجزة. وتُعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية تقنية موثوقة لتغليف المركبات الفعالة ضمن صيغ ليبوسومية. اقرؤوا هنا المزيد عن صياغة الليبوسومات بالموجات فوق الصوتية!
فعلى سبيل المثال، لتحضير لقاح بيطري ضد مرض نيوكاسل، حضّر Zhao et al. (2011) حويصلات صغيرة أحادية الطبقة (SUV) من الفوسفاتيديل كولين/الكوليسترول باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية. وأظهر اللقاح المغلّف بالموجات فوق الصوتية استجابة مناعية معززة، وعيارات أعلى للأجسام المضادة IgG وIgM، بالإضافة إلى تكاثر الخلايا التائية والخلايا البائية.

إزالة الغازات من المعلقات الصيدلانية

أثناء إنتاج اللقاحات والمستحضرات الصيدلانية وقبل التعبئة، يجب إزالة الغازات من اللقاحات والسوائل، مثل المعلقات والمحاليل والمستحلبات والصيغ النهائية. وخلال خطوة إزالة الغازات / إزالة الهواء، تُزال فقاعات الغاز (مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون) المحتجزة في السائل. وتعزز الموجات فوق الصوتية اندماج فقاعات الغاز المحتجزة في السوائل. وتتمتع الفقاعات المندمجة بطفو أكبر وتصعد إلى سطح السائل. ويمكن تعزيز إزالة فقاعات الغاز عند تطبيق تفريغ طفيف في وعاء المعالجة بالموجات فوق الصوتية. وتُعد إزالة الغازات بمساعدة الموجات فوق الصوتية تقنية سهلة وسريعة لإزالة الهواء من المعلقات المائية.

تعزيز نمو الخلايا

يمكن للتحريك بالموجات فوق الصوتية أثناء التلقيح (عملية إدخال الكائنات الحية الدقيقة إلى وسط استنبات) أن يزيد نمو المزارع الخلوية. ويمكن تنظيم شدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية ودرجة الحرارة وزمن المكوث في المفاعلات الحيوية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بدقة وفقًا لنوع الخلايا ومتطلباتها.
فعلى سبيل المثال، يمكن تطبيق معالجة خفيفة بالموجات فوق الصوتية لزيادة امتصاص الخلايا للجلوكوز، ومن ثم تعزيز نمو المزارع الخلوية والمعلقات. ومن المعروف أن الموجات فوق الصوتية تزيد نفاذية الخلايا، مما يمكن أن يعزز بدوره تبادل المغذيات / الفضلات، وبالتالي يؤدي إلى تحسين إنتاج اللقاحات. وبذلك، يمكن تقصير زمن إنتاج اللقاحات و/أو زيادة مردود البروتينات المستخدمة كلقاحات.

المفاعلات الصيدلانية من Hielscher Ultrasonics

تتخصص Hielscher Ultrasonics في إنتاج أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية القدرة والمفاعلات الحيوية بالموجات فوق الصوتية لاستخدامها في البحث والتطوير والإنتاج الصناعي للمستحضرات الصيدلانية (مثل اللقاحات, المكونات الصيدلانية الفعالة).
يمكن تطبيق المعالجة بالموجات فوق الصوتية في الأوعية المفتوحة والمفاعلات المغلقة ومفاعلات التدفق المستمر. وجميع أجزاء أنظمة الموجات فوق الصوتية التي تلامس الوسط السائل مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو التيتانيوم أو الزجاج. وتضمن الأجزاء القابلة للتعقيم بالأوتوكلاف والوصلات الصحية إنتاج منتجات بمستوى الجودة الصيدلانية .
يسجّل برنامج ذكي معلمات عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية تلقائيًا على بطاقة ذاكرة SD المدمجة. ويضمن التحكم الدقيق في جميع معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية قابلية تكرار نتائج العملية وموثوقيتها.

توحيد معايير الإنتاج.
تتميز أجهزة المعالجة الصناعية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher Ultrasonics بموثوقية عالية، ويمكن التحكم فيها بدقة. ويمكن ضبط جميع أجهزة المعالجة الصناعية بالموجات فوق الصوتية لتوفير النطاق الكامل من السعات المنخفضة إلى السعات العالية جدًا. ويمكن بسهولة تشغيل سعات تصل إلى 200µm بصورة مستمرة على مدار 24/7. وللحصول على سعات أعلى، تتوفر سونوترودات مخصصة للموجات فوق الصوتية. وتتيح متانة أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher التشغيل على مدار 24/7 في ظروف الخدمة الشاقة والبيئات ذات المتطلبات الصعبة.

تواصلوا معنا! / اسألونا!

جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار UIP2000hdT (2000 واط) داخل مفاعل من الفولاذ المقاوم للصدأ بمستوى الجودة الصيدلانية.

المؤلفات / المراجع

Dereje Damte, Seung-Jin Lee, Biruk Tesfaye Birhanu, Joo-Won Suh, and Seung-Chun Park (2015): Sonicated Protein Fractions of Mycoplasma hyopneumoniae Induce Inflammatory Responses and Differential Gene Expression in a Murine Alveolar Macrophage Cell Line. J. Microbiol. Biotechnol. (2015), 25(12), 2153–2159.
Christopher B. Fox, Ryan M. Kramer, Lucien Barnes V, Quinton M. Dowling, Thomas S. Vedvick (2013): Working together: interactions between vaccine antigens and adjuvants. Therapeutic Advances in Vaccines. 2013 May; 1(1): 7–20.
J. Robin Harris, Andrei Soliakova, Richard J. Lewis, Frank Depoix, Allan Watkinson, Jeremy H. Lakeya (2012): Alhydrogel® adjuvant, ultrasonic dispersion and protein binding: a TEM and analytical study. Micron Volume 43, Issues 2–3, February 2012, 192-200.
Doron Melamed, Gabriel Leitner, E. Dan Heller (1991): A Vaccine against Avian Colibacillosis Based on Ultrasonic Inactivation of Escherichia coli. Avian Diseases Vol. 35, No. 1 (Jan. – Mar., 1991), 17-22.
Zhao X., Fan Y., Wang D., Hu Y., Guo L., Ruan S., et al. (2011): Immunological adjuvant efficacy of glycyrrhetinic acid liposome against Newcastle disease vaccine. Vaccine 29: 9611–9617

موضوعات ذات صلة

حقائق جديرة بالمعرفة

مبدأ عمل الموجات فوق الصوتية عالية القدرة: التجويف الصوتي

تؤدي الموجات فوق الصوتية عالية القدرة والتجويف الصوتي دورًا مهمًا في تطوير المستحضرات الصيدلانية وإنتاجها بفضل آلياتهما المتنوعة والفعالة.
تتسم العمليات المدعومة بالموجات فوق الصوتية بطبيعتها بالاستدامة ومراعاة البيئة. ومن خلال إتاحة معدلات تفاعل أسرع ومردود أعلى واستهلاك أقل للطاقة، تسهم الموجات فوق الصوتية في تكثيف العمليات وكفاءة استخدام الموارد. علاوة على ذلك، يمكن للموجات فوق الصوتية أن تعمل في ظروف معتدلة (مثل درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي)، مما يقلل الحاجة إلى المواد الكيميائية القاسية وأنظمة التسخين أو التبريد كثيفة الاستهلاك للطاقة. ويتوافق ذلك مع مبادئ الكيمياء الخضراء، ويعزز ممارسات تصنيع المستحضرات الصيدلانية الأكثر أمانًا ونظافة واستدامة.

التجويف الصوتي أو التجويف بالموجات فوق الصوتية: نمو الفقاعات وانهيارها إلى الداخل

تعتمد المعالجة بالموجات فوق الصوتية على التجويف الصوتي وقوى القص الهيدروديناميكية الناتجة عنه.

يوفر مبدأ عمل الموجات فوق الصوتية عالية القدرة والتجويف الصوتي مزايا عديدة لتطوير المستحضرات الصيدلانية وإنتاجها، بما في ذلك تعزيز انتقال الكتلة، وتقليل حجم الجسيمات، وإزالة الغازات والهواء، وكفاءة الاستخلاص والتنقية، وتكثيف العمليات. وبفضل هذه المزايا، تسهم تقنيات الموجات فوق الصوتية في تقدم العلوم الصيدلانية وإنتاج مستحضرات دوائية مبتكرة وعالية الجودة.