Ultraheli lahendused vaktsiinide tootmise parandamiseks

• Sonikeerimist kasutatakse vaktsiinide valmistamise erinevates etappides: rakkude lüüsimiseks, rakususpensioonide homogeniseerimiseks, rakkude kasvu stimuleerimiseks, kapseldamiseks, adjuvandi valkude sidumiseks jne.
• Hielscheri sonikaatoreid kasutatakse antigeeni tootmisel, kapseldamisel ja formuleerimisel ning degaseerimisetapis enne vaktsiini villimist viaalidesse või süstaldesse.
• Hielscher Ultrasonics on teie pikaajalise kogemusega partner usaldusväärsete ultraheli süsteemide valdkonnas farmatsioonitööstuses. Uurige, millistes vaktsiinide tootmise protsessietappides saab ultraheli teie tootmist parandada!

Vaktsiinide tootmine

Ultraheli töötlus võib olla kasulik vaktsiinide tootmise erinevates etappides. Vaktsiini tootmiseks on esimene samm antigeeni enda ettevalmistamine. Sõltuvalt patogeeni tüübist erineb antigeeni tootmise meetod: kui viiruseid kasvatatakse kas primaarrakkudel, näiteks kanamunades (nt gripi puhul), või pidevatel rakuliinidel, näiteks kultiveeritud inimrakkudel (nt A-hepatiidi puhul), siis baktereid kasvatatakse bioreaktorites (nt Haemophilus influenzae tüüp b). Rekombinantseid valke, mis on saadud viirustest või bakteritest, saab kasvatada ka pärmis, bakterites või rakukultuurides. Kui antigeen on toodetud, tuleb see vabastada rakkudest, milles seda kasvatati.
Viirus võib vajada inaktiveerimist, võimalik, et edasist puhastamist ei ole vaja. Rekombinantsed valgud vajavad paljusid operatsioone, mis hõlmavad ultrafiltreerimist ja kolonnkromatograafiat. Sõltuvalt vaktsiini koostisest lisatakse adjuvant, stabiliseerivad ained ja säilitusained. Adjuvandid tugevdavad antigeeni immuunvastust, stabilisaatorid ja säilitusained pikendavad säilivusaega.
Vaktsiinide tootmise ajal saab ultraheli töötlust (sonikeerimist) rakendada erinevates etappides. Mittetermilise töötlusmeetodina väldib see väärtusliku materjali kuumuskahjustust. Allpool on toodud kõige levinumad rakendused, kus ultraheli parandab vaktsiinide tootmist:

Antigeenide dispergeerimine

Antigeenid, näiteks rakufragmendid või valguantigeenid, tuleb stabiilse vaktsiinikoostise saamiseks homogeenselt dispergeerida suspensiooni, polümeeri või liposomaalsesse kapseldamissüsteemi. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on pikaajaliselt tõestatud meetod peente dispersioonide valmistamiseks farmaatsiatoodete tootmisel ja seetõttu on see kaasaegses vaktsiinide tootmises väljakujunenud tehnika.
Alumiiniumipõhised adjuvandid, mis koosnevad väga väikestest primaarosakestest, on tavaliselt kasutatav adjuvandi tüüp, mis võib vaktsiinikoostistes kergesti agregeeruda toimivaks üksuseks. Adjuvantide ja antigeenide kombineerimiseks on vajalik antigeeni ühtlane jaotumine kogu alumiiniumi sisaldavas vaktsiinis. Ultraheli dispergeerimine valmistab homogeenseid antigeenide ja adjuvantide dispersioone (nt Alhydrogel™).

Rakkude lüüs ja ekstraktsioon

Mikroorganismidest toodetud antigeenid tuleb vabastada mikroobirakust. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on tõestatud tehnoloogia rakkude lüüsimiseks ja ekstraheerimiseks. Ultraheli töötluse parameetreid kohandades saab rakke perforeerida või lõhkuda nii, et soovitud antigeenid muutuvad kättesaadavaks ja neid saab isoleerida.
Avastage, kuidas ultrahelitöötlus hõlbustab viiruse vabastamist rakukultuuripõhistes viirusvaktsiinides!

Patogeenide inaktiveerimine

Võimsat ultraheli kasutatakse mikroorganismide, näiteks bakterite ja viiruste lõhkumiseks ja hävitamiseks. Näiteks E. coli ultraheliga deaktiveerimine, millele järgneb kiiritamine, on osutunud kõige tõhusamaks tehnikaks efektiivse kolibakterioosi vaktsiini valmistamisel. [Melamed et al. 1991]
Mikroobide inaktiveerimiseks kasutatavad levinud tehnikad on termiline pastöriseerimine ja steriliseerimine, mis põhinevad pikaajalisel kokkupuutel kõrgete temperatuuridega ja viivad sageli funktsionaalsete omaduste termilise halvenemiseni. Ultraheli töötluse ja kuumuse kombineeritud töötlus (termosonikeerimine) võib steriliseerimiskiirust kiirendada; kuna termiline intensiivsus ja kestus on oluliselt vähenenud, soojustundlike ühendite (nt valkude, antigeenide) termiline lagunemine. Ultraheliga steriliseerimine ja pastöriseerimine on kuluefektiivne, energiasäästlik ja keskkonnasõbralik.

Emulsioonid ja suspensioonid

Vaktsiinide koostised võivad koosneda vee ja lipiidide segudest. Kuna vee-lipiidi koostised ei segune, tuleb peenedispersne emulsioon valmistada kas tilkade pindpinevust ületades või pindaktiivset ainet kasutades. Ultraheli emulgeerimine on väljakujunenud meetod, millega valmistatakse nanoemulsioone / miniemulsioone, kaksikemulsioone ja Pickeringi emulsioone. Näiteks vees lahustumatuid lipopeptiide saab ultraheli abil suspendeerida koos antigeeniga vesilahuses vahekorras 1:1 (w/w).
Lisaks kasutatakse ultraheli töötlust rakuagregaatide vähendamiseks ja üksikult dispergeeritud rakkude ühtlaseks jaotamiseks suspensioonis.

Adjuvandid ja säilitusained

Vaktsiinid sisaldavad tavaliselt ühte või mitut adjuvanti, mida kasutatakse immuunvastuse tugevdamiseks. Ultraheli töötlusega hargnevad adjuvandi mikrokiud lahti ja dispergeeruvad homogeenselt, nii et valkude seondumine pinnale paraneb. Emulsioonipõhiseid adjuvantsüsteeme kasutatakse laialdaselt vaktsiinide väljatöötamisel ja koostamisel. Selliseid emulsioonipõhiseid adjuvantsüsteeme saab valmistada erinevat tüüpi emulsioonidega, näiteks õli vees (o/w), vesi õlis (w/o), vesi õlis vees (w/o/w) või valkudega stabiliseeritud emulsioonidega.
Lisaks lisatakse säilitusaineid, et vältida vaktsiini saastumist bakterite või seentega. Säilitusaineid võib kasutada vaktsiinide tootmise erinevates etappides.
Ultraheli homogenisaatorite kasutamine soodustab ühtlasemat ja peenemat segamist ning dispergeerimist ning on seega usaldusväärne vahend tõhusamaks vaktsiinide tootmiseks.

Koostis ja liposomaalne kapseldamine

Liposoomidesse kapseldatud vaktsiine saab manustada suu kaudu, ninasiseselt, lihasesiseselt ja nahaalusena ning need on eelistatav vaktsiini kohaletoimetamise meetod ja adjuvant, mis võiks parandada sihipärast kohaletoimetamist ja vähendada kinnipüütud antigeenide toksilisust. Ultraheli töötlus on usaldusväärne meetod toimeainete kapseldamiseks liposomaalsetesse koostistesse. Loe siit lähemalt liposoomide ultraheliga valmistamise kohta!
Näiteks Newcastle’i haiguse vastase veterinaarvaktsiini koostamiseks valmistasid Zhao jt (2011) ultraheli töötluse käigus fosfatidüülkoliini/kolesterooli väikesed unilamellaarsed vesiikulid (SUV). Ultraheli abil kapseldatud vaktsiin näitas tugevdatud immuunvastust, kõrgemaid IgG- ja IgM-antikehade tiitreid ning T-rakkude ja B-rakkude proliferatsiooni.

Farmatseutiliste suspensioonide gaasieemaldus

Vaktsiinide ja ravimite tootmise ajal ning enne pakendamist tuleb vaktsiinidelt ja vedelikelt, nagu suspensioonid, lahused, emulsioonid ja lõppkoostised, gaas eemaldada. Gaasieemalduse / õhueemalduse etapis eemaldatakse gaasimullid (nt hapnik, süsinikdioksiid), mis on vedelikku kinni jäänud. Ultraheli lained soodustavad vedelikku kinni jäänud gaasimullide koalestsentsi. Ühinenud mullidel on suurem ujuvus ja need tõusevad vedeliku pinnale. Gaasimullide eemaldamist saab tõhustada, kui ultraheli töötluse anumas rakendatakse kerget vaakumit. Ultraheli abil toetatud gaasieemaldus on lihtne ja kiire vesisuspensioonide õhueemaldusmeetod.

Intensiivistatud rakukasv

Ultraheli segamine inokuleerimise ajal (mikroorganismide viimise protsess kultiveerimissöötmesse) võib suurendada rakukultuuride kasvu. Ultraheli töötluse intensiivsust, temperatuuri ja viibeaega Hielscheri ultraheli bioreaktorites saab täpselt reguleerida vastavalt rakutüübile ja selle nõuetele.
Näiteks saab õrna ultraheli töötlust rakendada rakkude glükoosi omastamise suurendamiseks ning soodustada seeläbi rakukultuuride ja -suspensioonide kasvu. Ultraheli teadaolevalt suurendab rakkude läbilaskvust, mis omakorda võib tõhustada toitainete / jääkainete vahetust ja viia seeläbi vaktsiinide tootmise paranemiseni. Nii võib vaktsiinide tootmisaega lühendada ja/või vaktsiinidena kasutatavate valkude saagist suurendada.

Hielscher Ultrasonicsi farmaatsiareaktorid

Hielscher Ultrasonics on spetsialiseerunud suure võimsusega ultraheli süsteemide ja sonobioreaktorite tootmisele, mis on mõeldud kasutamiseks teadus- ja arendustöös ning tööstuslikus tootmises farmaatsiatoodete (nt vaktsiinid, toimeained (API-d)).
Ultraheli töötlust (sonikeerimist) saab rakendada avatud anumates, suletud reaktorites ja pidevvoolulistes läbivoolureaktorites. Kõik ultraheli süsteemide osad, mis puutuvad kokku vedela keskkonnaga, on valmistatud roostevabast terasest, titaanist või klaasist. Autoklaavitavad osad ja sanitaarliitmikud tagavad farmatseutilise kvaliteediga toodete tootmise.
Intelligentne tarkvara salvestab ultraheli töötluse protsessi parameetrid automaatselt integreeritud SD-mälukaardile. Kõigi ultraheli töötluse parameetrite täpne juhtimine tagab protsessi tulemuse korratavuse ja töökindluse.

Tootmise standardimine.
Hielscher Ultrasonicsi tööstuslikud ultraheli protsessorid on väga töökindlad ja täpselt juhitavad. Kõiki tööstuslikke ultraheli seadmeid saab reguleerida nii, et need annaksid kogu vahemiku madalatest kuni väga kõrgete amplituudideni. Amplituude kuni 200µm saab hõlpsasti pidevalt kasutada 24/7 töörežiimis. Veelgi kõrgemate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Hielscheri sonikaatorite töökindlus võimaldab 24/7 töörežiimi suure koormuse all ja nõudlikes keskkondades.