Ultraschalllösungen für eine verbesserte Impfstoffproduktion

• Die Beschallung wird in verschiedenen Schritten der Impfstoffvorbereitung eingesetzt: zur Zelllyse, zur Homogenisierung von Zellsuspensionen, zur Stimulierung des Zellwachstums, zur Verkapselung, zur adjuvanten Proteinbindung usw.
• Hielscher Ultraschallgeräte werden sowohl bei der Antigenherstellung, Verkapselung und Formulierung als auch im Entgasungsschritt vor der Abfüllung des Impfstoffs in Fläschchen oder Spritzen eingesetzt.
• Hielscher Ultrasonics ist Ihr langjähriger Partner für zuverlässige Ultraschallsysteme in der Pharmaindustrie. Finden Sie heraus, in welchen Prozessschritten der Impfstoffherstellung Ihre Produktion verbessert werden kann!

Herstellung von Impfstoffen

Ultraschall kann in verschiedenen Phasen der Impfstoffproduktion von Vorteil sein. Um einen Impfstoff herzustellen, besteht der erste Schritt darin, das Antigen selbst vorzubereiten. Je nach Art des Erregers unterscheidet sich die Methode der Antigenbildung: Während Viren entweder auf Primärzellen wie Hühnereiern (z.B. bei Influenza) oder auf kontinuierlichen Zelllinien wie kultivierten menschlichen Zellen (z.B. bei Hepatitis A) gezüchtet werden, werden Bakterien in Bioreaktoren gezüchtet (z.B. Haemophilus influenzae Typ b). Rekombinante Proteine, die aus Viren oder Bakterien gewonnen wurden, können auch in Hefen, Bakterien oder Zellkulturen gezüchtet werden. Wenn das Antigen produziert wird, muss es aus den Zellen freigesetzt werden, in denen es gezüchtet wurde.
Möglicherweise muss ein Virus inaktiviert werden, möglicherweise ohne weitere Reinigung. Rekombinante Proteine benötigen viele Operationen, die Ultrafiltration und Säulenchromatographie umfassen. Abhängig von der Impfstoffformulierung werden ein Adjuvans, Stabilisatoren und Konservierungsmittel zugesetzt. Adjuvantien verstärken die Immunantwort des Antigens, Stabilisatoren und Konservierungsstoffe erhöhen die Haltbarkeit.
Bei der Herstellung von Impfstoffen kann die Beschallung in verschiedenen Stadien angewendet werden. Da es sich um ein nicht-thermisches Verarbeitungsverfahren handelt, wird eine Wärmedegradation von wertvollem Material vermieden. Im Folgenden finden Sie die häufigsten Anwendungen, bei denen Ultraschall die Herstellung von Impfstoffen verbessert:

Ausbreitung von Antigenen

Antigene wie Zellfragmente oder Proteinantigene müssen homogen in einer Suspension, einem Polymer oder einer liposomalen Verkapselung dispergiert werden, um eine stabile Impfstoffformulierung zu erhalten. Die Beschallung hat sich bei der Herstellung von pharmazeutischen Produkten langjährig zur Herstellung feiner Dispersionen bewährt und ist daher eine etablierte Technik in der modernen Impfstoffherstellung.
Adjuvantien auf Aluminiumbasis, die aus sehr kleinen Primärpartikeln bestehen, sind eine häufig verwendete Art von Adjuvans, die in Impfstoffformulierungen leicht zu einer funktionierenden Einheit aggregiert werden können. Um Adjuvantien mit Antigenen zu kombinieren, ist eine gleichmäßige Verteilung des Antigens im gesamten aluminiumhaltigen Impfstoff erforderlich. Die Ultraschalldispersion bereitet homogene Dispersionen von Antigenen und Adjuvantien (z. B. Alhydrogel™) her.

Zell-Lyse & Extraktion

Die aus Mikroorganismen produzierten Antigene müssen aus der mikrobiellen Zelle freigesetzt werden. Die Beschallung ist eine bewährte Technologie der Zelllyse und -extraktion. Durch Anpassung der Beschallungsparameter können Zellen perforiert oder aufgebrochen werden, so dass die Zielantigene verfügbar werden und isoliert werden können.

Inaktivierung von Krankheitserregern

Power-Ultraschall wird eingesetzt, um Mikroorganismen wie Bakterien und Viren zu zerstören und abzutöten. Zum Beispiel hat sich gezeigt, dass die Ultraschall-Deaktivierung von E. coli mit anschließender Bestrahlung die wirksamste Technik zur Herstellung eines wirksamen Colibacillose-Impfstoffs ist. [Melamed et al. 1991]
Häufig verwendete Techniken zur mikrobiellen Inaktivierung sind die thermische Pasteurisierung und Sterilisation, die auf langer Einwirkung hoher Temperaturen beruhen und oft zu einer thermisch induzierten Verschlechterung der funktionellen Eigenschaften führen. Eine kombinierte Behandlung von Beschallung und Hitze (Thermobeschallung) kann die Sterilisationsrate beschleunigen; Da die thermische Intensität und Dauer deutlich reduziert wird, kommt es zum thermischen Abbau von wärmeempfindlichen Verbindungen (z.B. Proteine, Antigene). Die Ultraschallsterilisation und -pasteurisierung ist kosteneffizient, energiesparend und umweltfreundlich.

Emulsionen & Suspensionen

Impfstoffformulierungen können aus Wasser-Lipid-Gemischen bestehen. Da Wasser-Lipid-Formulierungen nicht mischbar sind, muss eine feine Emulsion hergestellt werden, indem entweder die Tröpfchen überwunden werden‘ Oberflächenspannung oder Verwendung eines Tensids. Die Ultraschall-Emulgierung ist eine etablierte Technik zur Formulierung Nano-Emulsionen / Mini-Emulsionen, Doppelemulsionen und Pickering-Emulsionen. Zum Beispiel können wasserunlösliche Lipopeptide mit Ultraschall mit Antigen in einem Verhältnis von 1:1 (w/w) in einer wässrigen Lösung suspendiert werden.
Weiterhin wird die Beschallung angewendet, um Zellaggregate zu reduzieren und die einfach dispergierte Zelle gleichmäßig in der Suspension zu verteilen.

Hilfs- und Konservierungsstoffe

Impfstoffe enthalten in der Regel ein oder mehrere Adjuvantien, die zur Stärkung der Immunantwort eingesetzt werden. Durch Ultraschall werden adjuvante Mikrofasern entwirrt und homogen dispergiert, so dass die Proteinbindung auf der Oberfläche verbessert wird. Emulsionsbasierte Adjuvanssysteme werden häufig bei der Entwicklung und Formulierung von Impfstoffen eingesetzt. Solche emulsionsbasierten Adjuvanssysteme können unter Verwendung verschiedener Emulsionstypen formuliert werden, wie z. B. Öl-in-Wasser (o/w), Wasser-in-Öl (w/o), Wasser-in-Öl-in-Wasser (w/o/w) oder proteinstabilisierte Emulsionen.
Darüber hinaus werden Konservierungsstoffe zugesetzt, um eine Kontamination des Impfstoffs mit Bakterien oder Pilzen zu verhindern. Konservierungsstoffe können in verschiedenen Phasen der Herstellung von Impfstoffen verwendet werden.
Der Einsatz von Ultraschall-Homogenisatoren fördert ein gleichmäßigeres und feineres Mischen und Dispergieren und ist damit ein zuverlässiges Werkzeug für eine effizientere Impfstoffproduktion.

Formulierung & liposomale Verkapselung

Liposomenverkapselte Impfstoffe können oral, intranasal, intramuskulär und subkutan verabreicht werden und sind eine vorteilhafte Methode zur Verabreichung von Impfstoffen und ein Adjuvans, das die gezielte Verabreichung verbessern und die Toxizität der eingeschlossenen Antigene verringern könnte. Die Beschallung ist eine zuverlässige Technik, um Wirkstoffe in liposomale Formulierungen einzukapseln. Lesen Sie hier mehr über die Ultraschallformulierung von Liposomen!
Um beispielsweise einen Veterinärimpfstoff gegen die Newcastle-Krankheit zu formulieren, stellten Zhao et al. (2011) unter Ultraschall ein kleines unilammeläres Phosphatidylcholin/Cholesterin-Vesikel (SUV) her. Der ultraschallverkapselte Impfstoff zeigte eine verstärkte Immunantwort, höhere IgG- und IgM-Antikörpertiter sowie eine T-Zell- und B-Zell-Proliferation.

Entgasung von pharmazeutischen Suspensionen

Bei der Herstellung von Impfstoffen und Arzneimitteln sowie vor dem Verpacken müssen Impfstoffe und Flüssigkeiten wie Suspensionen, Lösungen, Emulsionen und Endformulierungen entgast werden. Während der Entgasungsstufe / Entlüftung werden Gasblasen (z.B. Sauerstoff, Kohlendioxid), die in der Flüssigkeit eingeschlossen sind, entfernt. Ultraschallwellen fördern die Verschmelzung von Gasblasen, die in Flüssigkeiten eingeschlossen sind. Die koaleszierten Blasen haben einen höheren Auftrieb und steigen an die Flüssigkeitsoberfläche. Die Entfernung von Gasblasen kann verbessert werden, wenn ein leichtes Vakuum an das Beschallungsgefäß angelegt wird. Die ultraschallgestützte Entgasung ist eine einfache und schnelle Entgasungstechnik von wässrigen Suspensionen.

Intensiviertes Zellwachstum

Ultraschallbewegung während der Inokulation (der Prozess des Einbringens von Mikroorganismen in ein Kulturmedium) kann das Wachstum von Zellkulturen erhöhen. Die Intensität der Beschallung, die Temperatur und die Verweilzeit können in Hielscher Ultraschall-Bioreaktoren hinsichtlich des Zelltyps und seiner Anforderungen genau reguliert werden.
So kann z.B. eine milde Beschallung angewendet werden, um die Glukoseaufnahme der Zellen zu erhöhen und dadurch das Wachstum von Zellkulturen und Suspensionen zu fördern. Es ist bekannt, dass Ultraschall die Zellpermeabilität erhöht, was wiederum den Nährstoff-/Abfallaustausch verbessern und so zu einer verbesserten Impfstoffproduktion führen kann. Dadurch kann die Produktionszeit von Impfstoffen verkürzt und/oder die Ausbeute an Proteinen, die als Impfstoffe verwendet werden, erhöht werden.

Hielscher Ultrasonics Pharma-Reaktoren

Hielscher Ultrasonics ist spezialisiert auf die Herstellung von Hochleistungs-Ultraschallsystemen und Sono-Bioreaktoren für den Einsatz in R&D und die industrielle Produktion von Arzneimitteln (z. Impfstoffe. , APIs)
Die Beschallung kann bei offenen Behältern, geschlossenen Reaktoren und kontinuierlichen Durchflussreaktoren angewendet werden. Alle Teile der Ultraschallsysteme, die mit dem flüssigen Medium in Berührung kommen, sind aus Edelstahl, Titan oder Glas gefertigt. Autoklavierbare Teile und Sanitärarmaturen gewährleisten die Herstellung von pharmazeutische Qualität -Produkten.
Eine intelligente Software zeichnet die Parameter des Beschallungsprozesses automatisch auf der integrierten SD-Speicherkarte auf. Die präzise Steuerung aller Beschallungsparameter gewährleistet die Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit des Prozessergebnisses.

Standardisierung der Produktion.
Die industriellen Ultraschallprozessoren von Hielscher Ultrasonics sind äußerst zuverlässig und können präzise gesteuert werden. Alle industriellen Ultraschallgeräte können so eingestellt werden, dass sie den gesamten Bereich von niedrigeren bis zu sehr hohen Amplituden liefern. Amplituden von bis zu 200μm können problemlos im 24/7-Betrieb kontinuierlich gefahren werden. Für noch höhere Amplituden stehen kundenspezifische Ultraschall-Sonotroden zur Verfügung. Die Robustheit der Hielscher Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb unter hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.