Ultrazvuková řešení pro lepší výrobu vakcín

• Sonikace se používá v různých krocích přípravy vakcín: k lyzi buněk, k homogenizaci buněčných suspenzí, ke stimulaci buněčného růstu, k enkapsulaci, k vazbě proteinů na adjuvans atd.
• Sonikátory Hielscher se používají při výrobě antigenů, enkapsulaci a formulaci, stejně jako v kroku odplynění před plněním vakcíny do lahviček nebo injekčních stříkaček.
• Hielscher Ultrasonics je vaším dlouholetým zkušeným partnerem pro spolehlivé ultrazvukové systémy ve farmaceutickém průmyslu. Zjistěte, ve kterých procesních krocích výroby vakcín může ultrazvuk zlepšit vaši výrobu!

Výroba vakcín

Sonikace může být přínosná v různých fázích výroby vakcín. Prvním krokem při výrobě vakcíny je příprava samotného antigenu. Způsob získávání antigenu se liší v závislosti na typu patogenu: zatímco viry se pěstují buď na primárních buňkách, jako jsou slepičí vejce (např. pro chřipku), nebo na kontinuálních buněčných liniích, jako jsou kultivované lidské buňky (např. pro hepatitidu A), bakterie se pěstují v bioreaktorech (např. Haemophilus influenzae typu b). Rekombinantní proteiny odvozené z virů nebo bakterií lze pěstovat také v kvasinkách, bakteriích nebo buněčných kulturách. Po vytvoření musí být antigen uvolněn z buněk, ve kterých byl pěstován.
Virus může být nutné inaktivovat, případně bez nutnosti dalšího čištění. Rekombinantní proteiny vyžadují mnoho operací zahrnujících ultrafiltraci a sloupcovou chromatografii. V závislosti na formulaci vakcíny se přidává adjuvans, stabilizační látky a konzervační látky. Adjuvancia zesilují imunitní odpověď vyvolanou antigenem, stabilizátory a konzervační látky prodlužují dobu použitelnosti.
Během výroby vakcín lze sonikaci použít v různých fázích. Jelikož jde o netermální metodu zpracování, nedochází k tepelné degradaci cenného materiálu. Níže najdete nejběžnější aplikace, v nichž ultrazvuk zlepšuje výrobu vakcín:

Disperze antigenů

Antigeny, jako jsou buněčné fragmenty nebo proteinové antigeny, musí být homogenně dispergovány do suspenze, polymeru nebo liposomální enkapsulace, aby se získala stabilní formulace vakcíny. Sonikace je dlouhodobě osvědčená pro přípravu jemných disperzí při výrobě farmaceutických produktů, a je proto zavedenou technikou v moderní výrobě vakcín.
Adjuvancia na bázi hliníku, složená z velmi malých primárních částic, jsou běžně používaným typem adjuvans, které lze ve formulacích vakcín snadno agregovat do funkční jednotky. Ke spojení adjuvancií s antigeny je nutná rovnoměrná distribuce antigenu v celé vakcíně obsahující hliník. Ultrazvuková disperze vytváří homogenní disperze antigenů a adjuvancií (např. Alhydrogel™).

Lyze buněk a extrakce

Antigeny produkované mikroorganismy musí být uvolněny z mikrobiální buňky. Sonikace je osvědčená technologie lyze buněk a extrakce. Úpravou parametrů sonikace lze buňky perforovat nebo dezintegrovat tak, aby se cílové antigeny staly dostupnými a mohly být izolovány.
Zjistěte, jak sonikace usnadňuje uvolňování virů u virových vakcín na bázi buněčných kultur!

Inaktivace patogenů

Výkonový ultrazvuk se používá k narušení a usmrcení mikroorganismů, jako jsou bakterie a viry. Například bylo prokázáno, že ultrazvuková deaktivace E. coli s následným ozářením je nejúčinnější technikou pro přípravu efektivní vakcíny proti kolibacilóze. [Melamed et al. 1991]
Běžně používanými technikami mikrobiální inaktivace jsou tepelná pasterace a sterilizace, které jsou založeny na dlouhém působení vysokých teplot a často vedou k tepelně indukovanému zhoršení funkčních vlastností. Kombinované ošetření sonikací a teplem (termosonikace) může zvýšit rychlost sterilizace; jelikož se intenzita a doba tepelného působení výrazně snižují, tepelná degradace tepelně citlivých sloučenin (např. proteinů, antigenů). Ultrazvuková sterilizace a pasterace je nákladově efektivní, energeticky úsporná a šetrná k životnímu prostředí.

Emulze a suspenze

Formulace vakcín mohou sestávat ze směsí vody a lipidů. Jelikož jsou formulace vody a lipidů nemísitelné, musí být připravena jemná emulze, a to buď překonáním povrchového napětí kapiček, nebo použitím povrchově aktivní látky. Ultrazvuková emulgace je dobře zavedená technika pro formulaci nanoemulzí / miniemulzí, dvojitých emulzí a Pickeringových emulzí. Například ve vodě nerozpustné lipopeptidy lze pomocí ultrazvuku suspendovat s antigenem v poměru 1:1 (w/w) ve vodném roztoku.
Sonikace se dále používá ke zmenšení buněčných agregátů a k rovnoměrné distribuci jednotlivě dispergovaných buněk v suspenzi.

Adjuvancia a konzervační látky

Vakcíny obvykle obsahují jedno nebo více adjuvancií, která slouží k posílení imunitní odpovědi. Sonikací se mikrovlákna adjuvans rozmotají a homogenně dispergují, takže se zlepší vazba proteinů na povrchu. Adjuvantní systémy na bázi emulzí jsou široce používány při vývoji a formulaci vakcín. Takové adjuvantní systémy na bázi emulzí lze formulovat s využitím různých typů emulzí, jako jsou emulze olej ve vodě (o/w), voda v oleji (w/o), voda v oleji ve vodě (w/o/w) nebo emulze stabilizované proteiny.
Dále se přidávají konzervační látky, které zabraňují kontaminaci vakcíny bakteriemi nebo houbami. Konzervační látky mohou být použity v různých fázích výroby vakcín.
Použití ultrazvukových homogenizátorů podporuje rovnoměrnější a jemnější míchání a dispergaci, a je tak spolehlivým nástrojem pro efektivnější výrobu vakcín.

Formulace a liposomální enkapsulace

Vakcíny enkapsulované v liposomech lze podávat perorálně, intranazálně, intramuskulárně, subkutánně a představují výhodnou metodu podávání vakcín i adjuvans, což by mohlo zlepšit cílené doručení a snížit toxicitu uzavřených antigenů. Sonikace je spolehlivá technika enkapsulace účinných látek do liposomálních formulací. Přečtěte si zde více o ultrazvukové formulaci liposomů!
Například za účelem formulace veterinární vakcíny proti newcastleské nemoci připravili Zhao et al. (2011) za sonikace malé unilamelární vezikuly (SUV) z fosfatidylcholinu/cholesterolu. Ultrazvukem enkapsulovaná vakcína vykazovala zesílenou imunitní odpověď, vyšší titry protilátek IgG a IgM a také proliferaci T-buněk a B-buněk.

Odplynění farmaceutických suspenzí

Během výroby vakcín a léčiv a před balením musí být vakcíny a kapaliny, jako jsou suspenze, roztoky, emulze a finální formulace, odplyněny. Během kroku odplynění / odvzdušnění se odstraňují plynové bubliny (např. kyslík, oxid uhličitý), které jsou zachyceny v kapalině. Ultrazvukové vlny podporují koalescenci plynových bublin zachycených v kapalinách. Koalescované bubliny mají vyšší vztlak a stoupají k hladině kapaliny. Odstraňování plynových bublin lze zlepšit, pokud se na sonikační nádobu aplikuje mírné vakuum. Odplynění za pomoci ultrazvuku je snadná a rychlá technika odvzdušnění vodných suspenzí.

Intenzifikovaný růst buněk

Ultrazvukové míchání během inokulace (procesu vnášení mikroorganismů do kultivačního média) může zvýšit růst buněčných kultur. Intenzitu sonikace, teplotu a dobu zdržení v ultrazvukových bioreaktorech Hielscher lze přesně regulovat s ohledem na typ buněk a jejich požadavky.
Například lze použít mírnou sonikaci ke zvýšení příjmu glukózy buňkami, a tím podpořit růst buněčných kultur a suspenzí. Je známo, že ultrazvuk zvyšuje propustnost buněk, což zase může zlepšit výměnu živin / odpadních látek, a vést tak ke zvýšené produkci vakcín. Tím lze zkrátit dobu výroby vakcín a/nebo zvýšit výtěžek proteinů používaných jako vakcíny.

Farmaceutické reaktory Hielscher Ultrasonics

Hielscher Ultrasonics se specializuje na výrobu vysoce výkonných ultrazvukových systémů a sono-bioreaktorů pro nasazení ve výzkumu a vývoji a v průmyslové výrobě léčiv (např. vakcín, API).
Sonikaci lze aplikovat v otevřených nádobách, uzavřených reaktorech a kontinuálních průtokových reaktorech. Všechny části ultrazvukových systémů, které přicházejí do styku s kapalným médiem, jsou vyrobeny z nerezové oceli, titanu nebo skla. Autoklávovatelné díly a sanitární armatury zajišťují výrobu farmaceuticky kvalitních produktů.
Inteligentní software automaticky zaznamenává parametry procesu sonikace na integrovanou paměťovou kartu SD. Přesné řízení všech parametrů sonikace zajišťuje reprodukovatelnost a spolehlivost výsledku procesu.

Standardizace výroby.
Průmyslové ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics jsou vysoce spolehlivé a lze je přesně řídit. Všechny průmyslové ultrazvukové přístroje lze nastavit tak, aby poskytovaly celý rozsah od nižších až po velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200µm lze snadno provozovat nepřetržitě v režimu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici zakázkové ultrazvukové sonotrody. Robustnost sonikátorů Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích.