Ваксини на основата на клетъчни култури – ефективно разрушаване на клетки чрез ултразвук

Често задавани въпроси за ултразвуковото разрушаване на клетки при производството на ваксини на основата на вируси

Какво е ултразвуково разрушаване на клетки?

Ултразвуковото разрушаване на клетки използва ултразвук с висок интензитет, обикновено в диапазона от 20 до 30 kHz, за разкъсване на клетъчните мембрани и освобождаване на вътреклетъчния материал. Мощните ултразвукови вълни създават кавитационни мехурчета в течността. Когато тези мехурчета колабират, те генерират интензивни локални сили на срязване и микропотоци, които механично разрушават клетките и подпомагат масообмена между вътрешността на клетката и заобикалящата среда. При производството на ваксини това се използва за лизис на заразени с вируси клетъчни култури и за освобождаване на вътреклетъчни и свързани с мембраната вирусни частици в събрания материал.

Защо да използвам ултразвукова обработка вместо химичен или ензимен лизис за събиране на вируса?

Ултразвуковата обработка работи изцяло с механични сили. Не са необходими детергенти, лизозим, протеиназа K или други реагенти за лизис, които могат да променят лизата, да попречат на последващото пречистване или да трябва да бъдат отстранени преди по-нататъшна обработка. Химичните реагенти обикновено изискват времеемка многоетапна подготовка, за да се предотврати инхибирането на последващи анализи и други стъпки на последваща обработка. Ензимното разрушаване изисква продължителна инкубация и често дава невъзпроизводими резултати. Ултразвуковият лизис освен това обединява стъпките ресуспендиране, разрушаване и екстракция в една непрекъсната операция. Когато вашият процес изисква стъпка с детергент или ензим, ултразвуковата обработка я подсилва, вместо да я замества: кавитацията отслабва мембраните и подобрява равномерното въздействие на реагента върху всички клетки.

Как се сравнява ултразвуковата обработка с методите за механична хомогенизация?

Сониктори със сонда предават ултразвуковата енергия директно и ефективно, тъй като сонотродът е в пряк контакт с пробата. Методите за хомогенизация с механично задвижване често водят до по-ниска ефективност на пренос на енергия. Ултразвуковата обработка не изисква консумативни смилащи топчета или въртящи се уплътнения в потока на продукта, нито дюзи или камери, които могат да се запушат от вискозна клетъчна маса, и не води до кръстосано замърсяване между партидите.

Може ли ултразвуковата обработка да увреди вируса или антигена?

Това е ключовата задача за оптимизация и тя е контролируема. Чрез регулиране на параметрите на ултразвуковата обработка ефектите могат да се контролират прецизно: ниската амплитуда и краткото озвучаване имат много меко въздействие, докато високите амплитуди, повишеното налягане и по-дългата продължителност на озвучаване водят до интензивна обработка. Тъй като интензитетът може да се настройва точно спрямо биологичната проба, се избягват прекомерната обработка, деградацията и загубата на добив. На практика амплитудата, времето на престой и броят на преминаванията се задават на минимума, който постига целевата степен на разрушаване, при непрекъснато следене на температурата и охлаждане.

Намалява ли ултразвуковата обработка вискозитета на събрания материал?

Да. Плътният събран материал с висока плътност на клетките е вискозен и труден за изпомпване поради освободена, нефрагментирана ДНК на клетките гостоприемници. Ултразвуковата обработка срязва и фрагментира ДНК и РНК, солюбилизира клетъчната маса и деагломерира клетъчните остатъци. Резултатът е хомогенна суспензия, подлежаща на изпомпване, която по-ефективно захранва избистрянето, центрофугирането и хроматографията. Фрагментирането на ДНК и РНК чрез контролирана ултразвукова обработка е добре утвърдено лабораторно приложение на същата технология.

Мога ли да изпълнявам процеса в непрекъснат инлайн режим?

Да. Сониктори на Hielscher са проектирани за непрекъсната работа 24/7 в индустриална среда и могат да бъдат конфигурирани с проточни клетки и реактори за непрекъсната инлайн обработка, рециркулационни контури или интегриране в производствени модули и технологични линии. Възможни са както работа с еднократно, така и с многократно преминаване.

Как да мащабирам от лабораторията към производството?

Линейно, въз основа на измерима входяща енергия. Всички резултати от ултразвукова обработка, получени с ултразвуков хомогенизатор на Hielscher, могат да бъдат мащабирани линейно към по-висока производителност в индустриалното производство; параметрите на ултразвуковата обработка, разработени с настолен сониктор, могат да бъдат прехвърлени директно към по-големи системи на Hielscher. Критерият за мащабиране е специфичната входяща енергия на единица обем заедно с амплитудата, времето на престой и температурата. Консултациите на Hielscher за процесите включват препоръки за оптимизиране на параметрите (амплитуда, специфична енергия E/V, време на престой, контрол на температурата и налягането), обвързани с измеримата входяща енергия.

Подходящо ли е ултразвуковото разрушаване на клетки за чисти помещения и производство в стил GMP?

Ултразвуковите апарати на Hielscher могат лесно да се инсталират в лаборатории и производствени съоръжения с чисти помещения. Корпусите са изработени от антибактериална пластмаса или неръждаема стомана. Всички части, които влизат в контакт със средата, като сонотроди и проточни клетки, са изработени от титан или неръждаема стомана и могат да се автоклавират. Предлагат се специални реактори с проточна клетка, отговарящи на допълнителни изисквания за CIP (почистване на място) и SIP (стерилизиране на място). Преобразувателят на индустриалната UIP серия има степен на защита IP64 и може да се инсталира в взискателни среди, докато генераторът се поставя отдалечено. Тъй като сониктори на Hielscher преобразуват електрическата енергия в механични трептения с много висока ефективност от приблизително 80–90% от захранващия контакт до течността, преобразувателят може да бъде вграден в затворени корпуси без жалузи и не е необходимо принудително охлаждане, като например със сгъстен въздух или вода. Това означава също, че охлаждаща среда не влиза в контакт с процеса. Автоматичната документация на процеса подпомага проследимостта и възпроизводимостта в регулираното производство.

Може ли ултразвуковата обработка да инактивира и вируса за инактивирана ваксина?

Да. Мощният ултразвук намира приложение при инактивирането на патогени като бактерии и вируси. При подходяща доза и интензитет на ултразвуковата обработка клетките и микробите могат да бъдат обработвани в съответствие с целта на процеса, така че една и съща платформа служи както за лизис при събирането, така и за инактивация. Комбинацията от ултразвукова обработка и нагряване, известна като термосоника, предлага по-висока скорост на стерилизация при значително намален термичен интензитет и продължителност, което е предимство за запазване на термочувствителни съединения като протеини и антигени. Ултразвуковата инактивация обикновено се използва в комбинация с утвърдена химия на инактивацията, а пълната кинетика на инактивация трябва да бъде валидирана за всеки конкретен вирус.

Може ли същата система да се използва за стъпките на формулиране след събирането?

Да. Същата платформа се справя с диспергирането на антигени в суспензии, полимери или липозомни инкапсулации, деагломерацията и равномерното разпределение на антигени и адюванти на алуминиева основа като Alhydrogel™, формулирането на ваксини в липозоми и твърди липидни наночастици с прецизен контрол върху размера на носителя, както и стъпката на дегазиране преди пълнене във флакони или спринцовки.