Vacunas virales basadas en cultivos celulares – Desintegración celular eficaz mediante sonicación
Los sonicadores de Hielscher facilitan la ruptura celular y la solubilización de cultivos celulares infectados por virus (por ejemplo, Vero) para la obtención del virus en la producción de vacunas. ¡Aprovecha las ventajas de una lisis fiable y eficaz de los cultivos celulares mediante la sonicación de alto rendimiento!
Disrupción celular para la obtención de virus en vacunas basadas en cultivos celulares
La producción de vacunas a partir de cultivos celulares —por ejemplo, en las líneas celulares Vero, MDCK, EB66, CHO o PER.C6— requiere la recuperación del virus del cultivo al final del ciclo de infección. Dependiendo del virus, una gran parte del virus recogido está asociado a las células, ya sea de forma intracelular o unido a la membrana celular. Por lo tanto, una recolección completa y cuidadosa depende de una ruptura celular eficaz y de la solubilización de la masa celular. La lisis ultrasónica es un método fiable y consolidado desde hace tiempo para la disrupción celular y la posterior liberación de virus, proteínas virales, ADN y ARN. El tratamiento de cultivos celulares infectados con virus mediante sonicación – la aplicación de ultrasonidos de alta intensidad – abre las células, separa las partículas víricas de las membranas y los restos celulares, y homogeneiza el producto obtenido para convertirlo en una suspensión de baja viscosidad apta para su bombeo, que puede introducirse directamente en los procesos de clarificación, centrifugación y cromatografía.
¿Cómo funciona la sonicación?
La disrupción celular por ultrasonidos se basa en fuerzas puramente mecánicas. La cavitación acústica genera un intenso cizallamiento local y microcorrientes que rompen las membranas celulares y favorecen la transferencia de masa entre el interior de la célula y el medio circundante.
Sistema ultrasónico de producción de vacunas: Sonicador industrial UIP2000hdT con reactor de acero inoxidable
¿Cuáles son las ventajas de la disrupción celular por ultrasonidos?
Este mecanismo de funcionamiento confiere a la sonicación una ventaja decisiva frente a la lisis química: no se necesitan detergentes, lisozima, proteinasa K ni otros reactivos de lisis que puedan alterar el lisado, interferir en la purificación posterior o tener que eliminarse antes de continuar con el procesamiento. La lisis enzimática, por el contrario, requiere largos tiempos de incubación y a menudo ofrece resultados no reproducibles. Dado que la intensidad del tratamiento ultrasónico puede ajustarse con precisión a la muestra biológica, se evitan el procesamiento excesivo, la degradación y la pérdida de rendimiento.
Aplicar la sonicación a:
- romper y lisar las células infectadas por el virus en cultivos adherentes y en suspensión
- liberar partículas víricas intracelulares y asociadas a la membrana
- solubilizar la masa celular y reducir la viscosidad del producto obtenido
- homogeneizar y desaglomerar los restos celulares para facilitar la clarificación
- dispersar los aglomerados de virus hasta obtener una suspensión homogénea
- inactivar los patógenos a una amplitud, presión y tiempo de exposición determinados
- intensificar las etapas de lisis con detergentes o enzimas cuando sea necesario
Desintegración celular por ultrasonidos a escala industrial: Sonicator UIP6000hdT con una célula de flujo de acero inoxidable para el procesamiento continuo de cultivos celulares infectados por virus.
Sonicator UP400ST con la célula de flujo FC22K para la lisis celular en línea
¿Por qué debería utilizar la sonicación para la obtención de virus?
Esquema del procesamiento en línea de material a granel de rotavirus monovalente. El material a granel se procesó de forma aséptica directamente desde el recipiente de cultivo (CF-10) y se transfirió mediante una bomba peristáltica a través de una célula de flujo con sonicador para desintegrar cualquier resto de material celular. A continuación, el material sonicado se clarificó mediante filtración antes de depositarse en un recipiente intermedio para su estabilización.
Estudio e imagen: Langston et al., 2026.
Ventajas
- ajustable con precisión al proceso
- lisis sin productos químicos, puramente mecánica
- limpiar & procesamiento higiénico, celdas de flujo compatibles con CIP/SIP
- altamente reproducible, con registro automático de datos
- escalado lineal del laboratorio a la producción
- Fácil & funcionamiento seguro, control remoto del navegador
- fiable & equipos resistentes para un funcionamiento ininterrumpido las 24 horas del día, los 7 días de la semana
- alta eficiencia energética, aproximadamente entre el 80 % y el 90 % de la energía suministrada por la toma de corriente que llega al líquido
Configuración típica del proceso para la recolección de virus
- Cosecha y concentra. Recupera el cultivo celular infectado (caldo de cultivo, raspado celular de biorreactores de lecho fijo o de un solo uso, o sedimento celular centrifugado y resuspendido en tampón).
- Estado. Ajusta el tampón, el pH y la temperatura. La sonicación también mejora la mezcla y la disolución de los componentes del tampón de lisis si se utiliza un paso asistido por tampón o detergente.
- Desintegración por ultrasonidos. Se hace pasar la suspensión a través de una célula de flujo con camisa de refrigeración y control de temperatura (recirculación para el procesamiento por lotes; de una o varias pasadas para el procesamiento continuo en línea). Se ajustan la amplitud y el tiempo de residencia al mínimo necesario para alcanzar la tasa de disrupción deseada, de modo que se conserven los antígenos virales.
- Inactivación opcional. Aplicar una mayor amplitud, una presión más elevada y una exposición más prolongada, o termosonicación, para la inactivación de los patógenos, de acuerdo con la estrategia de vacunación.
- Aguas abajo. Clarificar, centrifugar y/o filtrar el lisado homogéneo, que ahora presenta una baja viscosidad, y a continuación proceder a la cromatografía, la concentración y la formulación.
Tras la cosecha: formulación con la misma tecnología
La misma plataforma de Hielscher que rompe las células se encarga también de las etapas de formulación de la vacuna. La dispersión y la desaglomeración ultrasónicas producen suspensiones uniformes de antígenos, incluidos fragmentos celulares y antígenos proteicos, en polímeros o encapsulaciones liposomales. Los adyuvantes a base de aluminio, como el Alhydrogel™, están formados por minúsculas partículas primarias que se agrupan fácilmente; la dispersión ultrasónica permite la distribución homogénea de los antígenos y el adyuvante necesaria para una integración satisfactoria. Los sonicadores de Hielscher se utilizan además para formular fármacos y vacunas en liposomas y portadores nanoestructurados, como las nanopartículas de lípidos sólidos, con un control preciso del tamaño del portador, una mayor carga de fármaco y una estabilidad mejorada. La desgasificación de la suspensión final antes de su envasado en viales o jeringas es otro paso estándar del proceso ultrasónico.
Consulta más detalles aquí: La tecnología ultrasónica en la producción de vacunas.
Seguro, limpio y regulado: listo para la fabricación
- Piezas en contacto con el líquido de titanio o acero inoxidable, aptas para autoclave
- Disponibles reactores de célula de flujo compatibles con CIP/SIP
- Carcasas antibacterianas de plástico o acero inoxidable para su instalación en salas blancas
- Documentación automática y a prueba de manipulaciones del proceso en tarjeta SD/USB
- Funcionamiento continuo las 24 horas del día, los 7 días de la semana; bajo mantenimiento; sin refrigeración forzada
- Sin bolas de consumo, sin cámaras de trituración, sin contaminación cruzada entre lotes
Diseño, fabricación y consultoría – Calidad Made in Germany
Los ultrasonidos de Hielscher son conocidos por sus elevados estándares de calidad y diseño. Su robustez y fácil manejo permiten una integración sin problemas de nuestros ultrasonidos en las instalaciones industriales. Los ultrasonidos de Hielscher soportan sin problemas las condiciones más duras y los entornos más exigentes.
Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y pone especial énfasis en los ultrasonidos de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonidos de Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.
Instalación de 2 unidades de UIP1000hdT (1 kW cada uno, 20 kHz) para la fabricación de productos farmacéuticos
Preguntas frecuentes sobre la disrupción celular por ultrasonidos para la producción de vacunas de origen viral
¿Qué es la disrupción celular por ultrasonidos?
La disrupción celular por ultrasonidos utiliza ultrasonidos de alta intensidad, normalmente en el rango de 20 a 30 kHz, para romper las membranas celulares y liberar el material intracelular. Las ondas ultrasónicas de alta potencia crean burbujas de cavitación en el líquido. Cuando estas burbujas colapsan, generan intensas fuerzas de cizallamiento locales y microcorrientes que rompen mecánicamente las células y favorecen la transferencia de masa entre el interior de la célula y el medio circundante. En la producción de vacunas, este método se utiliza para lisar cultivos celulares infectados por virus y liberar partículas virales intracelulares y asociadas a la membrana en el producto final.
¿Por qué utilizar la sonicación en lugar de la lisis química o enzimática para la obtención de virus?
La sonicación funciona mediante fuerzas puramente mecánicas. No se necesitan detergentes, lisozima, proteinasa K ni otros reactivos de lisis que puedan alterar el lisado, interferir en la purificación posterior o que deban eliminarse antes de continuar con el procesamiento. Los reactivos químicos suelen requerir una preparación de varios pasos que lleva mucho tiempo para evitar la inhibición de los ensayos posteriores y otras etapas de posprocesamiento. La lisis enzimática requiere largos tiempos de incubación y, a menudo, ofrece resultados no reproducibles. La lisis ultrasónica también combina los pasos de resuspensión, disrupción y extracción en una única operación continua. Cuando su proceso requiera un paso asistido por detergentes o enzimas, la sonicación lo intensifica en lugar de sustituirlo: la cavitación debilita las membranas y mejora la exposición uniforme de todas las células al reactivo.
¿En qué se diferencia la sonicación de los métodos de homogeneización mecánica?
Los sonicadores de sonda transfieren la energía ultrasónica de forma directa y eficiente, ya que el sonotrodo está en contacto directo con la muestra. Las técnicas de homogeneización de accionamiento mecánico suelen presentar una menor eficiencia en la transferencia de energía. El procesamiento ultrasónico no requiere el uso de perlas de molienda ni de juntas giratorias en el flujo del producto, ni boquillas o cámaras que puedan obstruirse con la masa celular viscosa, ni produce contaminación cruzada entre lotes.
¿Puede la sonicación dañar el virus o el antígeno?
Esta es la tarea clave de optimización, y es controlable. Al ajustar los parámetros del tratamiento ultrasónico, se pueden controlar con precisión los efectos de la sonicación: una baja amplitud y una sonicación breve producen efectos muy suaves, mientras que las amplitudes elevadas, la presión elevada y una mayor duración de la sonicación dan lugar a un tratamiento intenso. Dado que la intensidad puede ajustarse exactamente a la muestra biológica, se evitan el procesamiento excesivo, la degradación y la pérdida de rendimiento. En la práctica, la amplitud, el tiempo de residencia y el número de pasadas se fijan en el mínimo necesario para alcanzar la tasa de disrupción deseada, con un control continuo de la temperatura y refrigeración.
¿El tratamiento por ultrasonidos reduce la viscosidad del producto cosechado?
Sí. Las cosechas densas, con alta densidad celular, son viscosas y difíciles de bombear debido al ADN de la célula huésped liberado y sin fragmentar. El tratamiento ultrasónico corta y fragmenta el ADN y el ARN, además de solubilizar la masa celular y desaglomerar los restos celulares. El resultado es una suspensión homogénea y bombeable que facilita de forma más eficiente los procesos de clarificación, centrifugación y cromatografía. La fragmentación del ADN y el ARN mediante sonicación controlada es una aplicación de laboratorio bien establecida de la misma tecnología.
¿Puedo ejecutar el proceso en modo continuo en línea?
Sí. Los sonicadores de Hielscher están diseñados para un funcionamiento continuo las 24 horas del día, los 7 días de la semana, en entornos industriales, y pueden configurarse con celdas de flujo y reactores para la sonicación continua en línea, circuitos de recirculación o la integración en plataformas de producción y líneas de procesamiento. Es posible tanto el funcionamiento de un solo paso como el de múltiples pasos.
¿Cómo puedo pasar de la fase de laboratorio a la de producción?
De forma lineal, basándose en el aporte de energía medible. Todos los resultados de sonicación obtenidos con un homogeneizador ultrasónico de Hielscher pueden ampliarse de forma lineal para alcanzar mayores rendimientos en la fabricación industrial; los parámetros de sonicación desarrollados con un sonicador de sobremesa pueden transferirse directamente a sistemas de Hielscher de mayor tamaño. El criterio de ampliación es el aporte energético específico por volumen, junto con la amplitud, el tiempo de residencia y la temperatura. El servicio de asesoramiento en procesos de Hielscher incluye recomendaciones para la optimización de los parámetros (amplitud, energía específica E/V, tiempo de residencia, temperatura y control de la presión) en función del aporte energético medible.
¿Es la disrupción celular por ultrasonidos adecuada para la fabricación en salas blancas y según las buenas prácticas de fabricación (GMP)?
Los ultrasonificadores de Hielscher se pueden instalar fácilmente en laboratorios de sala limpia e instalaciones de producción. Las carcasas están fabricadas en plástico antibacteriano o acero inoxidable. Todas las piezas en contacto con el líquido, como los sonotrodos y las celdas de flujo, están fabricadas en titanio o acero inoxidable y pueden esterilizarse en autoclave. Se dispone de reactores especiales con celdas de flujo que cumplen los requisitos avanzados de CIP (limpieza in situ) y SIP (esterilización in situ). El transductor de la serie industrial UIP cuenta con la clasificación IP64 y puede instalarse en entornos exigentes, mientras que el generador se coloca de forma remota. Dado que los sonicadores de Hielscher convierten la energía eléctrica en oscilación mecánica con una eficiencia muy alta, de aproximadamente el 80-90 % desde la toma de corriente hasta el líquido, el transductor puede integrarse en carcasas cerradas sin rejillas de ventilación, y no se necesita refrigeración forzada, como aire comprimido o agua. Esto también significa que ningún medio de refrigeración entra en contacto con el proceso. La documentación automática del proceso favorece la trazabilidad y la reproducibilidad en la fabricación regulada.
¿Puede la sonicación inactivar también el virus para una vacuna inactivada?
Sí. El ultrasonido de alta potencia se utiliza para la inactivación de agentes patógenos, como bacterias y virus. Con la dosis y la intensidad adecuadas de sonicación, las células y los microbios pueden tratarse de acuerdo con el objetivo del proceso, por lo que la misma plataforma sirve tanto para la lisis con fines de recolección como para la inactivación. La combinación de sonicación y calor, conocida como termosonicación, ofrece una mayor rapidez de esterilización con una intensidad térmica y una duración significativamente reducidas, lo que resulta ventajoso para preservar compuestos sensibles al calor, como las proteínas y los antígenos. La inactivación ultrasónica se utiliza generalmente en combinación con métodos químicos de inactivación ya establecidos, y es necesario validar la cinética completa de inactivación para cada virus específico.
¿Se puede utilizar el mismo sistema para las etapas de formulación tras la cosecha?
Sí. La misma plataforma se encarga de la dispersión de antígenos en suspensiones, polímeros o encapsulaciones liposomales, la desaglomeración y distribución uniforme de antígenos y adyuvantes a base de aluminio, como Alhydrogel™, la formulación de vacunas en liposomas y nanopartículas lipídicas sólidas con un control preciso del tamaño del portador, y la etapa de desgasificación previa al llenado en viales o jeringas.
Literatura / Referencias
- Langston J. W.; Carroll M.; Whalen M. M.; Jaw, T. M.; Rojas L. V.; Hertel C. C.; Gote V., Balasundaram W.; Serbzhinzhskiy D.; Kapre S.; Olave, I. A. (2026): Novel non-aqueous rotavirus vaccine: Formulated for thermostability and easy administration. Human Vaccines & Immunotherapeutics, 22(1), 2026.
- Mohsen, M.O., Rothen, D., Balke, I. et al. (2021): Neutralization of MERS coronavirus through a scalable nanoparticle vaccine. npj Vaccines 6, 107 (2021).
- Mohsen M.O., Balke I., Zinkhan S. et al. (2022): A scalable and highly immunogenic virus-like particle-based vaccine against SARS-CoV-2. Allergy Vol 77, Issue 1; 2022. 243–257.
- Brittney Mott; Sanjay Thamake; Jamboor Vishwanatha; Harlan P. Jones (2013): Intranasal delivery of nanoparticle-based vaccine increases protection against S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.