Ултразвукови решения за подобрено производство на ваксини

• Ултразвуковата обработка се използва на различни етапи от приготвянето на ваксини: за клетъчен лизис, за хомогенизиране на клетъчни суспензии, за стимулиране на клетъчния растеж, за капсулиране, за свързване на протеини с адюванти и др.
• Ултразвуковите устройства на Hielscher се използват при производството на антигени, капсулирането и формулирането, както и на етапа на дегазиране преди пълненето на ваксината във флакони или спринцовки.
• Hielscher Ultrasonics е вашият партньор с дългогодишен опит в надеждните ултразвукови системи за фармацевтичната промишленост. Разберете на кои технологични етапи от производството на ваксини ултразвукът може да подобри вашето производство!

Производство на ваксини

Ултразвуковата обработка може да бъде полезна на различни етапи от производството на ваксини. За да се произведе ваксина, първата стъпка е да се приготви самият антиген. В зависимост от вида на патогена методът за получаване на антигена се различава: докато вирусите се отглеждат върху първични клетки, като например кокоши яйца (напр. за грип), или върху непрекъснати клетъчни линии, като например култивирани човешки клетки (напр. за хепатит А), бактериите се отглеждат в биореактори (напр. Haemophilus influenzae тип b). Рекомбинантните протеини, получени от вируси или бактерии, могат да се отглеждат също в дрожди, бактерии или клетъчни култури. След като антигенът бъде произведен, той трябва да бъде освободен от клетките, в които е отгледан.
Може да е необходимо вирусът да бъде инактивиран, като е възможно да не се изисква допълнително пречистване. Рекомбинантните протеини изискват множество операции, включващи ултрафилтрация и колонна хроматография. В зависимост от състава на ваксината се добавят адювант, стабилизиращи агенти и консерванти. Адювантите усилват имунния отговор към антигена, а стабилизаторите и консервантите увеличават срока на годност.
При производството на ваксини ултразвуковата обработка може да се прилага на различни етапи. Тъй като това е нетермичен метод на обработка, се избягва термичното разграждане на ценния материал. По-долу са представени най-често срещаните приложения, при които ултразвукът подобрява производството на ваксини:

Диспергиране на антигени

Антигени като клетъчни фрагменти или протеинови антигени трябва да бъдат хомогенно диспергирани в суспензия, полимер или липозомно капсулиране, за да се получи стабилен ваксинален състав. Ултразвуковата обработка е доказана от дългогодишната практика за приготвяне на фини дисперсии при производството на фармацевтични продукти и затова е утвърдена техника в съвременното производство на ваксини.
Адювантите на алуминиева основа, съставени от много малки първични частици, са често използван вид адюванти, които могат лесно да се агрегират във функционираща единица във ваксиналните състави. За да се комбинират адювантите с антигени, е необходимо равномерно разпределение на антигена в цялата алуминийсъдържаща ваксина. Чрез ултразвуково диспергиране се приготвят хомогенни дисперсии на антигени и адюванти (напр. Alhydrogel™).

Клетъчен лизис и екстракция

Антигените, произведени от микроорганизми, трябва да бъдат освободени от микробната клетка. Ултразвуковата обработка е доказана технология за клетъчен лизис и екстракция. Чрез регулиране на параметрите на ултразвуковата обработка клетките могат да бъдат перфорирани или разрушени, така че целевите антигени да станат достъпни и да могат да бъдат изолирани.
Открийте как ултразвуковата обработка улеснява освобождаването на вируса при ваксини на основата на клетъчни култури!

Инактивиране на патогени

Мощният ултразвук се прилага за разрушаване и унищожаване на микроорганизми като бактерии и вируси. Например доказано е, че ултразвуковото инактивиране на E. coli, последвано от облъчване, е най-мощната техника за приготвяне на ефективна ваксина срещу колибактериоза. [Melamed et al. 1991]
Често използвани техники за инактивиране на микроорганизми са термичната пастьоризация и стерилизация, които се основават на продължително излагане на високи температури и често водят до термично обусловено влошаване на функционалните свойства. Комбинираното третиране с ултразвук и топлина (термоултразвукова обработка) може да ускори стерилизацията; тъй като интензивността и продължителността на термичното третиране са значително намалени, термичното разграждане на термочувствителните съединения (напр. протеини, антигени). Ултразвуковата стерилизация и пастьоризация са икономически ефективни, енергоспестяващи и екологични.

Емулсии и суспензии

Ваксиналните състави могат да се състоят от водно-липидни смеси. Тъй като водата и липидите в тези състави са несмесващи се, трябва да се приготви фино дисперсна емулсия чрез преодоляване на повърхностното напрежение на капките или чрез използване на повърхностноактивно вещество. Ултразвуковото емулгиране е утвърдена техника за формулиране на наноемулсии / миниемулсии, двойни емулсии и емулсии на Пикеринг. Например неразтворими във вода липопептиди могат да бъдат суспендирани с антиген във воден разтвор чрез ултразвукова обработка в съотношение 1:1 (w/w).
Освен това ултразвуковата обработка се прилага за намаляване на клетъчните агрегати и за равномерно разпределяне на поотделно диспергираните клетки в суспензията.

Адюванти и консерванти

Ваксините обикновено съдържат един или повече адюванти, използвани за усилване на имунния отговор. Чрез ултразвукова обработка микровлакната на адювантите се разплитат и диспергират хомогенно, така че свързването на протеините върху повърхността се подобрява. Адювантните системи на основата на емулсии се използват широко при разработването и формулирането на ваксини. Такива адювантни системи могат да бъдат формулирани с различни видове емулсии, като масло във вода (o/w), вода в масло (w/o), вода в масло във вода (w/o/w) или емулсии, стабилизирани с протеини.
Освен това се добавят консерванти, за да се предотврати замърсяването на ваксината с бактерии или гъбички. Консерванти могат да се използват на различни етапи от производството на ваксини.
Използването на ултразвукови хомогенизатори благоприятства по-равномерното и фино смесване и диспергиране и по този начин е надеждно средство за по-ефективно производство на ваксини.

Формулиране и липозомно капсулиране

Ваксините, капсулирани в липозоми, могат да се прилагат перорално, интраназално, интрамускулно и подкожно и представляват метод за доставяне на ваксини с предимства, както и адювант, който би могъл да подобри целевото доставяне и да намали токсичността на капсулираните антигени. Ултразвуковата обработка е надеждна техника за капсулиране на активни съединения в липозомни състави. Прочетете тук повече за ултразвуковото формулиране на липозоми!
Например, за да формулират ветеринарна ваксина срещу Нюкасълска болест, Zhao et al. (2011) приготвят малки еднослойни везикули (SUV) от фосфатидилхолин/холестерол чрез ултразвукова обработка. Ултразвуково капсулираната ваксина показва усилен имунен отговор, по-високи титри на антителата IgG и IgM, както и пролиферация на Т-клетките и В-клетките.

Дегазиране на фармацевтични суспензии

При производството на ваксини и фармацевтични продукти и преди опаковането ваксините и течностите, като суспензии, разтвори, емулсии и крайни състави, трябва да бъдат дегазирани. На етапа на дегазиране / деаерация се отстраняват газовите мехурчета (напр. кислород, въглероден диоксид), задържани в течността. Ултразвуковите вълни благоприятстват коалесценцията на газовите мехурчета, задържани в течностите. Слетите мехурчета имат по-голяма плавателност и се издигат до повърхността на течността. Отстраняването на газовите мехурчета може да се подобри, когато в съда за ултразвукова обработка се приложи слаб вакуум. Дегазирането с помощта на ултразвук е лесна и бърза техника за деаерация на водни суспензии.

Интензифициран клетъчен растеж

Ултразвуковото разбъркване по време на инокулация (процесът на въвеждане на микроорганизми в хранителна среда) може да увеличи растежа на клетъчните култури. Интензивността на ултразвуковата обработка, температурата и времето на престой в ултразвуковите биореактори на Hielscher могат да бъдат точно регулирани според вида на клетките и техните изисквания.
Например слаба ултразвукова обработка може да се приложи за увеличаване на усвояването на глюкоза от клетките и по този начин да се подпомогне растежът на клетъчните култури и суспензии. Известно е, че ултразвукът увеличава клетъчната пропускливост, което от своя страна може да подобри обмяната на хранителни вещества / отпадни продукти и така да доведе до подобрено производство на ваксини. По този начин времето за производство на ваксини може да се съкрати и/или добивът на протеини, използвани като ваксини, може да се увеличи.

Фармацевтични реактори на Hielscher Ultrasonics

Hielscher Ultrasonics е специализирана в производството на ултразвукови системи с висока мощност и ултразвукови биореактори за внедряване в научноизследователската и развойната дейност и в промишленото производство на фармацевтични продукти (напр. ваксини, активни фармацевтични съставки).
Ултразвуковата обработка може да се прилага в отворени съдове, затворени реактори и реактори с непрекъснат проток. Всички части на ултразвуковите системи, които влизат в контакт с течната среда, са изработени от неръждаема стомана, титан или стъкло. Частите, които могат да се автоклавират, и санитарните фитинги осигуряват производството на продукти с фармацевтично качество.
Интелигентен софтуер автоматично записва параметрите на процеса на ултразвукова обработка на вградената SD карта с памет. Прецизният контрол на всички параметри на ултразвуковата обработка осигурява възпроизводимост и надеждност на резултата от процеса.

Стандартизация на производството.
Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher Ultrasonics са изключително надеждни и могат да бъдат прецизно управлявани. Всички промишлени ултразвукови устройства могат да бъдат настроени да осигуряват пълния диапазон от по-ниски до много високи амплитуди. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при режим на работа 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат ултразвукови сонотроди, изработени по поръчка. Здравината на ултразвуковите устройства на Hielscher позволява работа 24/7 при голямо натоварване и в условия с високи изисквания.