Ultralydsløsninger til forbedret vaccineproduktion

• Sonikering anvendes i forskellige trin i fremstillingen af vacciner: til cellelyse, til homogenisering af cellesuspensioner, til stimulering af cellevækst, til indkapsling, til proteinbinding til adjuvanser osv.
• Hielschers sonikeringsapparater anvendes til antigenproduktion, indkapsling og formulering samt i afgasningstrinnet, før vaccinen fyldes i hætteglas eller sprøjter.
• Hielscher Ultrasonics er din partner med mange års erfaring inden for pålidelige ultralydssystemer til medicinalindustrien. Find ud af, i hvilke procestrin i vaccinefremstillingen ultralyd kan forbedre din produktion!

Produktion af vacciner

Ultralydsbehandling kan være fordelagtig i forskellige stadier af vaccineproduktionen. For at fremstille en vaccine er det første trin at fremstille selve antigenet. Afhængigt af typen af patogen varierer metoden til fremstilling af antigenet: Mens virus dyrkes enten på primære celler såsom hønseæg (f.eks. til influenza) eller på kontinuerlige cellelinjer såsom dyrkede humane celler (f.eks. til hepatitis A), dyrkes bakterier i bioreaktorer (f.eks. Haemophilus influenzae type b). Rekombinante proteiner, som stammer fra virus eller bakterier, kan også dyrkes i gær, bakterier eller cellekulturer. Når antigenet er produceret, skal det frigøres fra de celler, hvori det er blevet dyrket.
Et virus kan skulle inaktiveres, muligvis uden behov for yderligere oprensning. Rekombinante proteiner kræver mange procestrin, som omfatter ultrafiltrering og kolonnekromatografi. Afhængigt af vaccineformuleringen tilsættes en adjuvans, stabiliseringsmidler og konserveringsmidler. Adjuvanser forstærker immunresponset på antigenet, mens stabiliseringsmidler og konserveringsmidler øger holdbarheden.
Under vaccinefremstillingen kan sonikering anvendes i forskellige stadier. Som en ikke-termisk behandlingsmetode undgår den varmenedbrydning af værdifuldt materiale. Nedenfor finder du de mest almindelige anvendelser, hvor ultralyd forbedrer produktionen af vacciner:

Dispergering af antigener

Antigener såsom cellefragmentantigener eller proteinantigener skal dispergeres homogent i en suspension, en polymer eller en liposomal indkapsling for at opnå en stabil vaccineformulering. Sonikering har længe vist sit værd til fremstilling af fine dispersioner ved fremstilling af farmaceutiske produkter og er derfor en etableret teknik i moderne vaccineproduktion.
Aluminiumbaserede adjuvanser, der består af meget små primærpartikler, er en almindeligt anvendt type adjuvans, som let kan aggregeres til en fungerende enhed i vaccineformuleringer. For at kombinere adjuvanser med antigener kræves en ensartet fordeling af antigenet i hele den aluminiumholdige vaccine. Ultralydsdispergering frembringer homogene dispersioner af antigener og adjuvanser (f.eks. Alhydrogel™).

Cellelyse og ekstraktion

Antigenerne, der produceres fra mikroorganismer, skal frigøres fra den mikrobielle celle. Sonikering er en gennemprøvet teknologi til cellelyse og ekstraktion. Ved at justere sonikeringsparametrene kan celler perforeres eller nedbrydes, så de ønskede antigener bliver tilgængelige og kan isoleres.
Se, hvordan sonikering letter frigivelsen af vira i cellekulturbaserede virusvacciner!

Inaktivering af patogener

Højintensiv ultralyd anvendes til at nedbryde og dræbe mikroorganismer såsom bakterier og virus. For eksempel har ultralydsinaktivering af E. coli efterfulgt af bestråling vist sig at være den mest potente teknik til fremstilling af en effektiv vaccine mod colibacillose. [Melamed et al. 1991]
Almindeligt anvendte teknikker til mikrobiel inaktivering er termisk pasteurisering og sterilisering, som er baseret på langvarig eksponering for høje temperaturer og ofte fører til termisk betinget forringelse af funktionelle egenskaber. En kombineret behandling med sonikering og varme (termosonikering) kan øge steriliseringshastigheden; da den termiske intensitet og varighed reduceres betydeligt, termisk nedbrydning af varmefølsomme forbindelser (f.eks. proteiner, antigener). Ultralydssterilisering og -pasteurisering er omkostningseffektiv, energibesparende og miljøvenlig.

Emulsioner og suspensioner

Vaccineformuleringer kan bestå af blandinger af vand og lipider. Da vand og lipider i disse formuleringer ikke er blandbare, skal der fremstilles en emulsion med små dråber ved enten at overvinde dråbernes overfladespænding eller anvende et overfladeaktivt stof. Ultralydsemulgering er en veletableret teknik til formulering af nanoemulsioner / miniemulsioner, dobbeltemulsioner og Pickering-emulsioner. For eksempel kan vanduopløselige lipopeptider suspenderes ved hjælp af ultralyd sammen med antigen i forholdet 1:1 (w/w) i en vandig opløsning.
Desuden anvendes sonikering til at reducere celleaggregater og fordele de enkeltvis dispergerede celler jævnt i suspensionen.

Adjuvanser og konserveringsmidler

Vacciner indeholder typisk en eller flere adjuvanser, som anvendes til at forstærke immunresponset. Ved ultralydsbehandling løsnes sammenfiltrede adjuvansmikrofibre og dispergeres homogent, så proteinbindingen på overfladen forbedres. Emulsionsbaserede adjuvanssystemer anvendes i vid udstrækning ved udvikling og formulering af vacciner. Sådanne emulsionsbaserede adjuvanssystemer kan formuleres ved hjælp af forskellige emulsionstyper såsom olie-i-vand (o/w), vand-i-olie (w/o), vand-i-olie-i-vand (w/o/w) eller proteinstabiliserede emulsioner.
Desuden tilsættes konserveringsmidler for at forhindre kontaminering af vaccinen med bakterier eller svampe. Konserveringsmidler kan anvendes i forskellige stadier af vaccineproduktionen.
Anvendelsen af ultralydshomogenisatorer fremmer en mere ensartet og fin blanding og dispergering og er dermed et pålideligt redskab til en mere effektiv vaccineproduktion.

Formulering og liposomal indkapsling

Vacciner indkapslet i liposomer kan administreres oralt, intranasalt, intramuskulært og subkutant og er en fordelagtig metode til vaccinelevering og en adjuvans, som kunne forbedre målrettet levering og reducere toksiciteten af de indkapslede antigener. Sonikering er en pålidelig teknik til indkapsling af aktive forbindelser i liposomale formuleringer. Læs mere her om formulering af liposomer ved hjælp af ultralyd!
For eksempel fremstillede Zhao et al. (2011) små unilamellære vesikler (SUV) af fosfatidylcholin/kolesterol under sonikering for at formulere en veterinær vaccine mod Newcastle disease. Den ultralydsindkapslede vaccine viste et forstærket immunrespons, højere IgG- og IgM-antistoftitre samt T-celle- og B-celleproliferation.

Afgasning af farmaceutiske suspensioner

Under produktionen af vacciner og lægemidler og før emballering skal vacciner og væsker såsom suspensioner, opløsninger, emulsioner og færdige formuleringer afgasses. Under afgasnings- / afluftningstrinnet fjernes gasbobler (f.eks. ilt, kuldioxid), som er indespærret i væsken. Ultralydsbølger fremmer koalescensen af gasbobler, der er indespærret i væsker. De sammenflydende bobler har større opdrift og stiger op til væskeoverfladen. Fjernelsen af gasbobler kan forbedres, når der påføres et let vakuum i sonikeringsbeholderen. Ultralydsassisteret afgasning er en enkel og hurtig teknik til afluftning af vandige suspensioner.

Intensiveret cellevækst

Omrøring med ultralyd under inokulering (processen, hvor mikroorganismer indføres i et dyrkningsmedium) kan øge væksten af cellekulturer. Sonikeringsintensiteten, temperaturen og opholdstiden i Hielschers ultralydsbioreaktorer kan reguleres præcist i forhold til celletypen og dens krav.
For eksempel kan mild sonikering anvendes til at øge cellernes glukoseoptagelse og dermed fremme væksten af cellekulturer og suspensioner. Ultralyd er kendt for at øge cellepermeabiliteten, hvilket igen kan forbedre udvekslingen af næringsstoffer / affaldsstoffer og dermed føre til øget vaccineproduktion. Derved kan vaccineproduktionstiden forkortes, og/eller udbyttet af proteiner, der anvendes som vacciner, kan øges.

Hielscher Ultrasonics’ farmaceutiske reaktorer

Hielscher Ultrasonics er specialiseret i produktion af ultralydssystemer med høj effekt og sonobioreaktorer til anvendelse i forskning og udvikling samt industriel produktion af lægemidler (f.eks. vacciner, aktive farmaceutiske ingredienser).
Sonikering kan anvendes i åbne beholdere, lukkede reaktorer og kontinuerlige gennemstrømningsreaktorer. Alle dele af ultralydssystemerne, som kommer i kontakt med det flydende medium, er fremstillet af rustfrit stål, titanium eller glas. Autoklaverbare dele og sanitære fittings sikrer produktionen af produkter af farmaceutisk kvalitet .
Intelligent software registrerer automatisk sonikeringsprocessens parametre på det integrerede SD-hukommelseskort. Den præcise styring af alle sonikeringsparametre sikrer procesresultatets reproducerbarhed og pålidelighed.

Standardisering af produktionen.
Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralydsprocessorer er yderst pålidelige og kan styres præcist. Alle industrielle ultralydsapparater kan justeres til at levere hele området fra lavere til meget høje amplituder. Amplituder på op til 200µm kan uden problemer opretholdes kontinuerligt i 24/7-drift. Til endnu højere amplituder fås specialtilpassede ultralydssonotroder. Hielschers sonikeringsapparaters robusthed muliggør 24/7-drift under høj belastning og i krævende miljøer.