Soluciones ultrasónicas para mejorar la producción de vacunas

• La sonicación se utiliza en varias etapas de la preparación de vacunas: para la lisis celular, para homogeneizar suspensiones celulares, para estimular el crecimiento celular, para la encapsulación, para la unión de proteínas adyuvantes, etc.
• Los sonicadores de Hielscher se utilizan en la producción, encapsulación y formulación de antígenos, así como en el paso de desgasificación previo al llenado de la vacuna en viales o jeringas.
• Hielscher Ultrasonics es su socio de larga experiencia para sistemas de ultrasonidos fiables en la industria farmacéutica. Descubra en qué fases del proceso de fabricación de vacunas puede mejorar su producción.

Producción de vacunas

La ultrasonicación puede ser beneficiosa durante varias etapas de la producción de vacunas. Para producir una vacuna, el primer paso es preparar el antígeno propiamente dicho. Dependiendo del tipo de patógeno, el método de generación del antígeno difiere: Mientras que los virus se cultivan en células primarias como huevos de gallina (por ejemplo, para la gripe) o en líneas celulares continuas como células humanas cultivadas (por ejemplo, para la hepatitis A), las bacterias se cultivan en biorreactores (por ejemplo, Haemophilus influenzae tipo b). Las proteínas recombinantes, derivadas de virus o bacterias, pueden cultivarse también en levaduras, bacterias o cultivos celulares. Cuando se produce el antígeno, debe liberarse de las células en las que se ha cultivado.
Un virus puede necesitar ser inactivado, posiblemente sin necesidad de más purificación. Las proteínas recombinantes necesitan muchas operaciones que implican ultrafiltración y cromatografía en columna. Dependiendo de la formulación de la vacuna, se añaden un adyuvante, agentes estabilizadores y conservantes. Los adyuvantes mejoran la respuesta inmunitaria del antígeno, y los estabilizantes y conservantes aumentan la vida útil.
Durante la fabricación de vacunas, la sonicación puede aplicarse en varias etapas. Como método de procesamiento no térmico, se evita la degradación por calor del material valioso. A continuación encontrará las aplicaciones más comunes en las que los ultrasonidos mejoran la producción de vacunas:

Dispersión de antígenos

Los antígenos, como los fragmentos celulares o los antígenos proteicos, deben dispersarse homogéneamente en una suspensión, polímero o encapsulación liposomal para obtener una formulación de vacuna estable. La sonicación está probada desde hace tiempo para preparar dispersiones finas en la fabricación de productos farmacéuticos, por lo que es una técnica establecida en la producción moderna de vacunas.
Los adyuvantes a base de aluminio, compuestos de partículas primarias muy pequeñas, son un tipo de adyuvante de uso común, que puede agregarse fácilmente en una unidad funcional en las formulaciones de vacunas. Para combinar adyuvantes con antígenos, se requiere una distribución uniforme del antígeno en toda la vacuna que contiene aluminio. La dispersión ultrasónica prepara dispersiones homogéneas de antígenos y adyuvantes (por ejemplo, Alhydrogel™).

Lisis celular & Extracción

Los antígenos producidos a partir de microorganismos deben liberarse de la célula microbiana. La sonicación es una tecnología probada de lisis y extracción celular. Mediante el ajuste de los parámetros de sonicación, las células pueden perforarse o romperse para que los antígenos objetivo estén disponibles y puedan aislarse.

Inactivación de patógenos

Los ultrasonidos de potencia se aplican para desorganizar y matar microorganismos como bacterias y virus. Por ejemplo, se ha demostrado que la desactivación ultrasónica de E. coli seguida de irradiación es la técnica más potente para preparar una vacuna eficaz contra la colibacilosis. [Melamed et al. 1991].
Las técnicas más utilizadas para la inactivación microbiana son la pasteurización y la esterilización térmicas, que se basan en la exposición prolongada a altas temperaturas y suelen provocar el deterioro térmico de las propiedades funcionales. Un tratamiento combinado de sonicación y calor (termosonicación) puede acelerar la tasa de esterilización; dado que la intensidad y la duración térmica se reducen significativamente, la degradación térmica de los compuestos sensibles al calor (por ejemplo, proteínas, antígenos). La esterilización y pasteurización por ultrasonidos es rentable, ahorra energía y es respetuosa con el medio ambiente.

Emulsiones & suspensiones

Las formulaciones vacunales pueden consistir en mezclas de agua-lípidos. Dado que las formulaciones de agua-lípidos son inmiscibles, debe prepararse una emulsión de tamaño fino superando las gotitas’ tensión superficial o utilizando un tensioactivo. La emulsificación ultrasónica es una técnica bien establecida para formular Nanoemulsiones? miniemulsiones, emulsiones dobles y Emulsiones Pickering. Por ejemplo, los lipopéptidos insolubles en agua pueden suspenderse por ultrasonidos con el antígeno en una proporción 1:1 (p/p) en una solución acuosa.
Además, se aplica sonicación para reducir los agregados celulares y distribuir uniformemente las células dispersas en la suspensión.

Adyuvantes y conservantes

Las vacunas suelen contener uno o varios adyuvantes, utilizados para potenciar la respuesta inmunitaria. Mediante ultrasonidos, las microfibras de adyuvantes se desenredan y dispersan homogéneamente para mejorar la unión de las proteínas a la superficie. Los sistemas adyuvantes basados en emulsiones se utilizan ampliamente en el desarrollo y la formulación de vacunas. Estos sistemas adyuvantes basados en emulsiones pueden formularse utilizando diversos tipos de emulsiones, como aceite en agua (o/w), agua en aceite (w/o), agua en aceite en agua (w/o/w) o emulsiones estabilizadas con proteínas.
Además, se añaden conservantes para evitar la contaminación de la vacuna con bacterias u hongos. Los conservantes pueden utilizarse en distintas fases de la producción de vacunas.
El uso de homogeneizadores ultrasónicos favorece una mezcla y dispersión más homogénea y fina, por lo que es una herramienta fiable para una producción de vacunas más eficiente.

formulación & Encapsulación liposomal

Las vacunas encapsuladas en liposomas pueden administrarse por vía oral, intranasal, intramuscular o subcutánea, y constituyen un método ventajoso de administración de vacunas y adyuvantes, que podría mejorar la administración dirigida y reducir la toxicidad de los antígenos atrapados. La sonicación es una técnica fiable para encapsular compuestos activos en formulaciones liposomales. Lea aquí más información sobre la formulación ultrasónica de liposomas.
Por ejemplo, para formular una vacuna veterinaria contra la enfermedad de Newcastle, Zhao et al. (2011) prepararon pequeñas vesículas unilamelares (SUV) de fosfatidilcolina/colesterol mediante sonicación. La vacuna encapsulada por ultrasonidos mostró una respuesta inmunitaria mejorada, mayores títulos de anticuerpos IgG e IgM, así como proliferación de células T y B.

Desgasificación de suspensiones farmacéuticas

Durante la producción de vacunas y productos farmacéuticos y antes del envasado, las vacunas y los líquidos como suspensiones, soluciones, emulsiones y formulaciones finales deben desgasificarse. Durante la etapa de desgasificación? desaireación se eliminan las burbujas de gas (por ejemplo, oxígeno, dióxido de carbono) atrapadas en el líquido. Las ondas ultrasónicas favorecen la coalescencia de las burbujas de gas atrapadas en los líquidos. Las burbujas coalescentes tienen una mayor flotabilidad y suben a la superficie del líquido. La eliminación de las burbujas de gas puede mejorarse cuando se aplica un ligero vacío al recipiente de sonicación. La desgasificación asistida por ultrasonidos es una técnica fácil y rápida de desaireación de suspensiones acuosas.

Crecimiento celular intensificado

La agitación ultrasónica durante la inoculación (el proceso de introducir microorganismos en un medio de cultivo) puede aumentar el crecimiento de los cultivos celulares. La intensidad de la sonicación, la temperatura y el tiempo de retención en los biorreactores ultrasónicos de Hielscher pueden regularse exactamente en función del tipo de célula y sus requisitos.
Por ejemplo, se puede aplicar una sonicación suave para aumentar la absorción de glucosa de las células y promover así el crecimiento de los cultivos y suspensiones celulares. Se sabe que los ultrasonidos aumentan la permeabilidad celular, lo que, a su vez, puede mejorar el intercambio de nutrientes/residuos y, por tanto, la producción de vacunas. De este modo, se puede acortar el tiempo de producción de la vacuna y/o aumentar el rendimiento de las proteínas utilizadas como vacunas.

Ultrasonidos Hielscher Reactores farmacéuticos

Hielscher Ultrasonics está especializada en la producción de sistemas de ultrasonidos de alta potencia y sono-biorreactores para la aplicación en R&D y la producción industrial de productos farmacéuticos (p. ej. fabricación de vacunas, APIs).
La sonicación puede aplicarse a recipientes abiertos, reactores cerrados y reactores de flujo continuo. Todas las piezas de los sistemas ultrasónicos que entran en contacto con el medio líquido son de acero inoxidable, titanio o vidrio. Las piezas esterilizables en autoclave y los accesorios sanitarios garantizan la producción de calidad farmacéutica productos.
Un software inteligente registra automáticamente los parámetros del proceso de sonicación en la tarjeta de memoria SD integrada. El control preciso de todos los parámetros de sonicación garantiza la reproducibilidad y fiabilidad del resultado del proceso.

Normalización de la producción.
Los procesadores ultrasónicos industriales de Hielscher Ultrasonics son altamente fiables y pueden controlarse con precisión. Todos los ultrasonidos industriales pueden ajustarse para suministrar toda la gama, desde amplitudes bajas a muy altas. Amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los sonicadores Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en condiciones de trabajo duras y en entornos exigentes.