Soluciones ultrasónicas para mejorar la producción de vacunas

• La sonicación se utiliza en diversas etapas de la preparación de vacunas: para la lisis celular, la homogeneización de suspensiones celulares, la estimulación del crecimiento celular, la encapsulación, la unión de proteínas a adyuvantes, etc.
• Los sonicadores de Hielscher se utilizan en la producción de antígenos, la encapsulación y la formulación, así como en la etapa de desgasificación previa al llenado de viales o jeringas con la vacuna.
• Hielscher Ultrasonics es su socio con amplia experiencia en sistemas ultrasónicos fiables para la industria farmacéutica. ¡Descubra en qué etapas del proceso de fabricación de vacunas puede mejorar su producción!

Producción de vacunas

La ultrasonicación puede resultar beneficiosa en diversas etapas de la producción de vacunas. Para producir una vacuna, el primer paso consiste en preparar el propio antígeno. El método de generación del antígeno varía según el tipo de patógeno: mientras que los virus se cultivan en células primarias, como los huevos de gallina (p. ej., para la gripe), o en líneas celulares continuas, como células humanas cultivadas (p. ej., para la hepatitis A), las bacterias se cultivan en biorreactores (p. ej., Haemophilus influenzae tipo b). Las proteínas recombinantes derivadas de virus o bacterias también pueden producirse en levaduras, bacterias o cultivos celulares. Una vez producido el antígeno, debe liberarse de las células en las que se ha producido.
Puede ser necesario inactivar un virus, posiblemente sin que se requiera una purificación posterior. Las proteínas recombinantes requieren numerosas operaciones que incluyen ultrafiltración y cromatografía en columna. Según la formulación de la vacuna, se añaden un adyuvante, agentes estabilizantes y conservantes. Los adyuvantes potencian la respuesta inmunitaria al antígeno, mientras que los estabilizantes y los conservantes prolongan la vida útil.
Durante la fabricación de vacunas, la sonicación puede aplicarse en diversas etapas. Al tratarse de un método de procesamiento no térmico, se evita la degradación por calor de materiales valiosos. A continuación se presentan las aplicaciones más habituales 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 de forma homogénea en una suspensión, un polímero o una encapsulación liposomal para obtener una formulación de vacuna estable. La sonicación ha demostrado desde hace tiempo su eficacia para preparar dispersiones finas en la fabricación de productos farmacéuticos y, por tanto, es una técnica consolidada en la producción moderna de vacunas.
Los adyuvantes a base de aluminio, compuestos por partículas primarias muy pequeñas, son un tipo de adyuvante de uso habitual 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 permite preparar dispersiones homogéneas de antígenos y adyuvantes (p. ej., Alhydrogel™).

Lisis celular y extracción

Los antígenos producidos a partir de microorganismos deben liberarse de la célula microbiana. La sonicación es una tecnología probada para la lisis celular y la extracción. Mediante el ajuste de los parámetros de sonicación, las células pueden perforarse o romperse para que los antígenos de interés queden disponibles y puedan aislarse.
¡Descubra cómo la sonicación facilita la liberación de virus en las vacunas virales basadas en cultivos celulares!

Inactivación de patógenos

Los ultrasonidos de potencia se aplican para romper y destruir microorganismos, como bacterias y virus. Por ejemplo, se ha demostrado que la inactivación 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 utilizadas habitualmente para la inactivación microbiana son la pasteurización térmica y la esterilización, que se basan en una exposición prolongada a temperaturas elevadas y suelen provocar un deterioro de las propiedades funcionales inducido por el calor. Un tratamiento combinado de sonicación y calor (termosonicación) puede acelerar la esterilización; dado que la intensidad y la duración del tratamiento térmico se reducen significativamente, la degradación térmica de los compuestos termosensibles (p. ej., proteínas, antígenos). La esterilización y la pasteurización ultrasónicas son rentables, ahorran energía y son respetuosas con el medio ambiente.

Emulsiones y suspensiones

Las formulaciones de vacunas pueden consistir en mezclas de agua y lípidos. Dado que el agua y los lípidos de estas formulaciones son inmiscibles, debe prepararse una emulsión de pequeño tamaño de gota, ya sea superando la tensión superficial de las gotas o utilizando un tensioactivo. La emulsificación ultrasónica es una técnica consolidada para formular nanoemulsiones / miniemulsiones, emulsiones dobles y emulsiones Pickering. Por ejemplo, los lipopéptidos insolubles en agua pueden suspenderse mediante ultrasonidos junto con un antígeno en una proporción de 1:1 (w/w) en una solución acuosa.
Además, la sonicación se aplica para reducir los agregados celulares y distribuir uniformemente las células dispersas individualmente en la suspensión.

Adyuvantes y conservantes

Las vacunas suelen contener uno o varios adyuvantes, utilizados para potenciar la respuesta inmunitaria. Mediante la ultrasonicación, las microfibras de los adyuvantes se desenredan y se dispersan de forma homogénea, lo que mejora la unión de las proteínas a su superficie. Los sistemas adyuvantes basados en emulsiones se utilizan ampliamente en el desarrollo y la formulación de vacunas. Estos sistemas 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 prevenir la contaminación de las vacunas por bacterias u hongos. Los conservantes pueden utilizarse en diversas etapas de la producción de vacunas.
El uso de homogeneizadores ultrasónicos favorece una mezcla y una dispersión más uniformes y finas, por lo que constituye una herramienta fiable para una producción de vacunas más eficiente.

Formulación y encapsulación liposomal

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

Desgasificación de suspensiones farmacéuticas

Durante la producción de vacunas y productos farmacéuticos, y antes del envasado, deben desgasificarse las vacunas y los líquidos, como suspensiones, soluciones, emulsiones y formulaciones finales. Durante la etapa de desgasificación / desaireación se eliminan las burbujas de gas (p. ej., oxígeno y dióxido de carbono) atrapadas en el líquido. Las ondas ultrasónicas favorecen la coalescencia de las burbujas de gas atrapadas en los líquidos. Las burbujas que han coalescido tienen mayor flotabilidad y ascienden a la superficie del líquido. La eliminación de las burbujas de gas puede mejorarse aplicando un ligero vacío al recipiente de sonicación. La desgasificación asistida por ultrasonidos es una técnica sencilla y rápida para desairear suspensiones acuosas.

Intensificación del crecimiento celular

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 con precisión según el tipo de célula y sus requisitos.
Por ejemplo, puede aplicarse una sonicación suave para aumentar la captación de glucosa por las células y favorecer así el crecimiento de los cultivos y las 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, aumentar la producción de vacunas. De este modo, puede acortarse el tiempo de producción de vacunas y/o incrementarse el rendimiento de las proteínas utilizadas como vacunas.

Reactores farmacéuticos de Hielscher Ultrasonics

Hielscher Ultrasonics está especializada en la producción de sistemas ultrasónicos de alta potencia y sonobiorreactores para su uso en I+D y en la producción industrial de productos farmacéuticos (p. ej., vacunas, principios activos farmacéuticos).
La sonicación puede aplicarse en recipientes abiertos, reactores cerrados y reactores de flujo continuo. Todas las piezas de los sistemas ultrasónicos que entran en contacto con el medio líquido están fabricadas en acero inoxidable, titanio o vidrio. Las piezas esterilizables en autoclave y las conexiones sanitarias garantizan la producción de productos de calidad farmacéutica .
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 la fiabilidad de los resultados del proceso.

Estandarización de la producción.
Los procesadores ultrasónicos industriales de Hielscher Ultrasonics son muy fiables y pueden controlarse con precisión. Todos los sonicadores industriales pueden ajustarse para cubrir todo el intervalo de amplitudes, desde bajas hasta muy altas. Se puede trabajar fácilmente con amplitudes de hasta 200 µm de forma continua en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, se ofrecen sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los sonicadores de Hielscher permite el funcionamiento 24/7 bajo condiciones de trabajo intensivas y en entornos exigentes.