Ultrazvučna rješenja za poboljšanu proizvodnju vakcina

• Ultrazvučna obrada (sonikacija) koristi se u različitim koracima pripreme vakcina: za lizu ćelija, homogenizaciju ćelijskih suspenzija, stimulaciju rasta ćelija, inkapsulaciju, vezivanje proteina na adjuvans itd.
• Hielscher sonikatori koriste se u proizvodnji antigena, inkapsulaciji i formulaciji, kao i u koraku otplinjavanja prije punjenja vakcine u bočice ili šprice.
• Hielscher Ultrasonics je vaš dugogodišnje iskusan partner za pouzdane ultrazvučne sisteme u farmaceutskoj industriji. Saznajte u kojim koracima procesa proizvodnje vakcina ultrazvuk može poboljšati vašu proizvodnju!

Proizvodnja vakcina

Ultrazvučna obrada može biti korisna u različitim fazama proizvodnje vakcina. Za proizvodnju vakcine prvi korak je priprema samog antigena. Ovisno o vrsti patogena, razlikuje se i metoda dobivanja antigena: dok se virusi uzgajaju ili na primarnim ćelijama, kao što su kokošja jaja (npr. za gripu), ili na kontinuiranim ćelijskim linijama, kao što su kultivisane ljudske ćelije (npr. za hepatitis A), bakterije se uzgajaju u bioreaktorima (npr. Haemophilus influenzae tip b). Rekombinantni proteini, koji su dobiveni iz virusa ili bakterija, mogu se uzgajati i u kvascu, bakterijama ili ćelijskim kulturama. Kada je antigen proizveden, mora se osloboditi iz ćelija u kojima je uzgojen.
Virus će možda trebati inaktivirati, uz mogućnost da nije potrebno dodatno pročišćavanje. Rekombinantni proteini zahtijevaju mnoge operacije koje uključuju ultrafiltraciju i kolonsku hromatografiju. Ovisno o formulaciji vakcine, dodaju se adjuvans, stabilizatori i konzervansi. Adjuvansi pojačavaju imunološki odgovor na antigen, a stabilizatori i konzervansi produžavaju rok trajanja.
Tokom proizvodnje vakcina ultrazvučna obrada može se primijeniti u različitim fazama. Kao netermička metoda obrade, izbjegava se toplotna degradacija vrijednog materijala. U nastavku su najčešće primjene u kojima ultrazvuk poboljšava proizvodnju vakcina:

Dispergiranje antigena

Antigeni, kao što su ćelijski fragmenti ili proteinski antigeni, moraju se homogeno dispergirati u suspenziju, polimer ili liposomsku inkapsulaciju kako bi se dobila stabilna formulacija vakcine. Ultrazvučna obrada (sonikacija) dugo je dokazana za pripremu finih disperzija u proizvodnji farmaceutskih proizvoda i stoga je ustaljena tehnika u modernoj proizvodnji vakcina.
Adjuvansi na bazi aluminija, sastavljeni od vrlo sitnih primarnih čestica, često su korištena vrsta adjuvansa koja se u formulacijama vakcina lako može agregirati u funkcionalnu jedinicu. Da bi se adjuvansi kombinirali s antigenima, potrebna je ravnomjerna raspodjela antigena u cijeloj vakcini koja sadrži aluminij. Ultrazvučno dispergiranje priprema homogene disperzije antigena i adjuvansa (npr. Alhydrogel™).

Liza ćelija i ekstrakcija

Antigeni proizvedeni iz mikroorganizama moraju se osloboditi iz mikrobne ćelije. Ultrazvučna obrada (sonikacija) je dokazana tehnologija za lizu ćelija i ekstrakciju. Podešavanjem parametara ultrazvučne obrade ćelije se mogu perforirati ili razgraditi tako da ciljani antigeni postanu dostupni i da se mogu izolirati.
Saznajte kako sonikacija olakšava oslobađanje virusa kod vakcina na bazi ćelijskih kultura!

Inaktivacija patogena

Snažni ultrazvuk primjenjuje se za razaranje i ubijanje mikroorganizama kao što su bakterije i virusi. Na primjer, pokazalo se da je ultrazvučna deaktivacija bakterije E. coli praćena zračenjem najpotentnija tehnika za pripremu efikasne vakcine protiv kolibaciloze. [Melamed et al. 1991]
Uobičajeno korištene tehnike za mikrobnu inaktivaciju su termička pasterizacija i sterilizacija, koje se zasnivaju na dugotrajnoj izloženosti visokim temperaturama i često dovode do termički uzrokovanog pogoršanja funkcionalnih svojstava. Kombinirani tretman ultrazvučne obrade i toplote (termosonikacija) može ubrzati brzinu sterilizacije; budući da su termički intenzitet i trajanje značajno smanjeni, termička degradacija komponenata osjetljivih na toplotu (npr. proteina, antigena). Ultrazvučna sterilizacija i pasterizacija su isplative, štede energiju i ekološki su prihvatljive.

Emulzije i suspenzije

Formulacije vakcina mogu se sastojati od mješavina vode i lipida. Budući da se formulacije vode i lipida ne miješaju, mora se pripremiti fina emulzija, ili savladavanjem površinskog napona kapljica ili upotrebom surfaktanta. Ultrazvučna emulzifikacija je dobro utvrđena tehnika za formuliranje nano-emulzija / mini-emulzija, dvostrukih emulzija i pikering emulzija. Na primjer, lipopeptidi netopivi u vodi mogu se ultrazvučno suspendirati s antigenom u omjeru 1:1 (w/w) u vodenoj otopini.
Osim toga, ultrazvučna obrada primjenjuje se za smanjenje ćelijskih agregata i ravnomjernu raspodjelu pojedinačno dispergiranih ćelija u suspenziji.

Adjuvansi i konzervansi

Vakcine obično sadrže jedan ili više adjuvansa koji se koriste za pojačavanje imunološkog odgovora. Ultrazvučnom obradom adjuvansne mikrovlaknaste strukture se razmrse i homogeno dispergiraju, tako da se poboljšava vezivanje proteina na površini. Adjuvansni sistemi na bazi emulzija široko se koriste u razvoju i formulaciji vakcina. Takvi adjuvansni sistemi na bazi emulzija mogu se formulirati upotrebom različitih tipova emulzija, kao što su ulje u vodi (o/w), voda u ulju (w/o), voda u ulju u vodi (w/o/w) ili emulzije stabilizirane proteinima.
Osim toga, konzervansi se dodaju kako bi se spriječila kontaminacija vakcine bakterijama ili gljivicama. Konzervansi se mogu koristiti u različitim fazama proizvodnje vakcina.
Upotreba ultrazvučnih homogenizatora podstiče ravnomjernije i finije miješanje i dispergiranje te je stoga pouzdan alat za efikasniju proizvodnju vakcina.

Formulacija i liposomska inkapsulacija

Vakcine inkapsulirane u liposome mogu se primjenjivati oralno, intranazalno, intramuskularno i subkutano te su povoljna metoda isporuke vakcine i adjuvans, koji bi mogao poboljšati ciljanu isporuku i smanjiti toksičnost zarobljenih antigena. Ultrazvučna obrada (sonikacija) je pouzdana tehnika za inkapsulaciju aktivnih komponenata u liposomske formulacije. Pročitajte ovdje više o ultrazvučnoj formulaciji liposoma!
Na primjer, da bi formulirali veterinarsku vakcinu protiv Newcastleske bolesti, Zhao i sar. (2011) pripremili su male unilamelarne vezikule (SUV) od fosfatidilholina/kolesterola uz ultrazvučnu obradu. Ultrazvučno inkapsulirana vakcina pokazala je pojačan imunološki odgovor, veće titre IgG i IgM antitijela te proliferaciju T-ćelija i B-ćelija.

Otplinjavanje farmaceutskih suspenzija

Tokom proizvodnje vakcina i farmaceutskih proizvoda, a prije pakiranja, vakcine i tečnosti kao što su suspenzije, otopine, emulzije i završne formulacije moraju se otplinjavati. U koraku otplinjavanja / deaeracije uklanjaju se mjehurići plina (npr. kisik, ugljen-dioksid), koji su zarobljeni u tečnosti. Ultrazvučni talasi podstiču koalescenciju mjehurića plina zarobljenih u tečnostima. Koalescirani mjehurići imaju veću uzgonsku silu i uzdižu se prema površini tečnosti. Uklanjanje mjehurića plina može se pojačati primjenom blagog vakuuma na posudu za ultrazvučnu obradu. Ultrazvučno potpomognuto otplinjavanje je jednostavna i brza tehnika deaeracije vodenih suspenzija.

Intenzivirani rast ćelija

Ultrazvučno miješanje tokom inokulacije (postupka unošenja mikroorganizama u hranjivu podlogu) može povećati rast ćelijskih kultura. Intenzitet ultrazvučne obrade, temperatura i vrijeme zadržavanja u Hielscher ultrazvučnim bioreaktorima mogu se precizno regulirati s obzirom na tip ćelije i njene zahtjeve.
Na primjer, blaga ultrazvučna obrada može se primijeniti za povećanje unosa glukoze u ćelije i time podstaći rast ćelijskih kultura i suspenzija. Poznato je da ultrazvuk povećava permeabilnost ćelija, što zauzvrat može poboljšati razmjenu hranjivih tvari / otpada i tako dovesti do pojačane proizvodnje vakcina. Time se može skratiti vrijeme proizvodnje vakcina i/ili povećati prinos proteina koji se koriste kao vakcine.

Hielscher Ultrasonics farmaceutski reaktori

Hielscher Ultrasonics specijaliziran je za proizvodnju ultrazvučnih sistema velike snage i sono-bioreaktora za primjenu u istraživanju i razvoju te industrijskoj proizvodnji farmaceutskih proizvoda (npr. vakcina, aktivnih farmaceutskih supstanci (API)).
Ultrazvučna obrada (sonikacija) može se primijeniti u otvorenim posudama, zatvorenim reaktorima i kontinuiranim protočnim reaktorima. Svi dijelovi ultrazvučnih sistema koji dolaze u kontakt s tečnim medijem izrađeni su od nehrđajućeg čelika, titana ili stakla. Dijelovi koji se mogu autoklavirati i sanitarni priključci osiguravaju proizvodnju farmaceutskog kvaliteta proizvoda.
Inteligentni softver automatski bilježi parametre procesa ultrazvučne obrade na integriranu SD memorijsku karticu. Precizna kontrola svih parametara ultrazvučne obrade osigurava ponovljivost i pouzdanost rezultata procesa.

Standardizacija proizvodnje.
Hielscher Ultrasonics industrijski ultrazvučni procesori vrlo su pouzdani i mogu se precizno kontrolirati. Svi industrijski ultrazvučni uređaji mogu se podesiti tako da isporučuju cijeli raspon od niskih do vrlo visokih amplituda. Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano koristiti u radu 24/7. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscher sonikatora omogućava rad 24/7 pod velikim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima.