راهکارهای فراصوتی برای بهبود تولید واکسن
- فراصوت‌دهی در مراحل مختلف تهیهٔ واکسن‌ها به کار می‌رود: برای لیز سلولی، همگن‌سازی سوسپانسیون‌های سلولی، تحریک رشد سلول، کپسوله‌سازی، اتصال پروتئین به ادجوانت و غیره.
- سونیکاتورهای Hielscher در تولید آنتی‌ژن، کپسوله‌سازی و فرمولاسیون و همچنین در مرحلهٔ گاززدایی پیش از پر کردن ویال‌ها یا سرنگ‌ها با واکسن به کار می‌روند.
- Hielscher Ultrasonics شریک باسابقهٔ شما در تأمین سامانه‌های فراصوتی قابل‌اعتماد برای صنعت داروسازی است. دریابید که فراصوت در کدام مراحل فرایند ساخت واکسن می‌تواند تولید شما را بهبود بخشد!
تولید واکسن‌ها
فراصوت‌دهی می‌تواند در مراحل مختلف تولید واکسن سودمند باشد. برای تولید واکسن، نخستین گام تهیهٔ خود آنتی‌ژن است. روش تولید آنتی‌ژن بسته به نوع عامل بیماری‌زا متفاوت است: ویروس‌ها روی سلول‌های اولیه مانند تخم‌مرغ‌های مرغ (برای مثال برای آنفلوانزا) یا روی رده‌های سلولی پیوسته مانند سلول‌های انسانی کشت‌شده (برای مثال برای هپاتیت A) پرورش داده می‌شوند، در حالی که باکتری‌ها در زیست‌راکتورها کشت می‌شوند (برای مثال Haemophilus influenzae تیپ b). پروتئین‌های نوترکیب مشتق از ویروس‌ها یا باکتری‌ها را نیز می‌توان در مخمر، باکتری یا کشت‌های سلولی پرورش داد. پس از تولید آنتی‌ژن، باید آن را از سلول‌هایی که در آن‌ها پرورش یافته است آزاد کرد.
ممکن است لازم باشد ویروس غیرفعال شود و احتمال دارد به خالص‌سازی بیشتر نیازی نباشد. پروتئین‌های نوترکیب به عملیات متعددی شامل اولترافیلتراسیون و کروماتوگرافی ستونی نیاز دارند. بسته به فرمولاسیون واکسن، یک ادجوانت، عوامل پایدارکننده و مواد نگهدارنده افزوده می‌شوند. ادجوانت‌ها پاسخ ایمنی به آنتی‌ژن را تقویت می‌کنند و پایدارکننده‌ها و نگهدارنده‌ها عمر نگهداری را افزایش می‌دهند.
در ساخت واکسن می‌توان فراصوت‌دهی را در مراحل مختلف به کار برد. به‌عنوان یک روش پردازش غیرحرارتی، از تخریب حرارتی مواد ارزشمند جلوگیری می‌شود. در ادامه، رایج‌ترین کاربردهایی را می‌بینید که در آن‌ها فراصوت تولید واکسن را بهبود می‌بخشد:
پراکنش آنتی‌ژن‌ها
برای دستیابی به فرمولاسیون پایدار واکسن، آنتی‌ژن‌هایی مانند قطعات سلولی یا آنتی‌ژن‌های پروتئینی باید به‌طور همگن در یک سوسپانسیون، پلیمر یا سامانهٔ کپسوله‌سازی لیپوزومی پراکنده شوند. کارایی فراصوت‌دهی برای تهیهٔ پراکنه‌های ریز در ساخت محصولات دارویی از مدت‌ها پیش اثبات شده است؛ ازاین‌رو، این روش در تولید مدرن واکسن تکنیکی تثبیت‌شده است.
ادجوانت‌های مبتنی بر آلومینیوم، متشکل از ذرات اولیهٔ بسیار کوچک، از انواع رایج ادجوانت‌ها هستند که می‌توانند به‌آسانی در فرمولاسیون‌های واکسن تجمع یابند و یک واحد کارآمد تشکیل دهند. برای ترکیب ادجوانت‌ها با آنتی‌ژن‌ها، توزیع یکنواخت آنتی‌ژن در سراسر واکسن حاوی آلومینیوم ضروری است. پراکنش فراصوتی، پراکنه‌های همگنی از آنتی‌ژن‌ها و ادجوانت‌ها (برای مثال Alhydrogel™) تهیه می‌کند.
پروب فراصوتی و سلول جریان
لیز سلولی و استخراج
آنتی‌ژن‌های تولیدشده از میکروارگانیسم‌ها باید از سلول میکروبی آزاد شوند. فراصوت‌دهی فناوری اثبات‌شده‌ای برای لیز سلولی و استخراج است. با تنظیم پارامترهای فراصوت‌دهی می‌توان سلول‌ها را سوراخ یا تخریب کرد تا آنتی‌ژن‌های هدف در دسترس قرار گیرند و بتوان آن‌ها را جداسازی کرد.
ببینید فراصوت‌دهی چگونه آزادسازی ویروس را برای واکسن‌های ویروسی مبتنی بر کشت سلولی آسان می‌کند!
غیرفعال‌سازی عوامل بیماری‌زا
فراصوت پرتوان برای تخریب و کشتن میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌ها و ویروس‌ها به کار می‌رود. برای مثال، نشان داده شده است که غیرفعال‌سازی فراصوتی E. coli و سپس پرتودهی، مؤثرترین تکنیک برای تهیهٔ واکسنی کارآمد علیه کلی‌باسیلوز است. [Melamed et al. 1991]
تکنیک‌های رایج برای غیرفعال‌سازی میکروبی، پاستوریزاسیون و استریلیزاسیون حرارتی هستند که بر مواجههٔ طولانی با دماهای بالا تکیه دارند و اغلب به افت خواص عملکردی بر اثر گرما منجر می‌شوند. تیمار ترکیبی فراصوت‌دهی و گرما (ترموسونیکاسیون) می‌تواند سرعت استریلیزاسیون را افزایش دهد؛ از آنجا که شدت و مدت تیمار حرارتی به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد، تخریب حرارتی ترکیبات حساس به گرما (برای مثال پروتئین‌ها و آنتی‌ژن‌ها). استریلیزاسیون و پاستوریزاسیون فراصوتی مقرون‌به‌صرفه، کم‌مصرف از نظر انرژی و سازگار با محیط‌زیست است.
امولسیون‌ها و سوسپانسیون‌ها
فرمولاسیون‌های واکسن ممکن است از مخلوط‌های آب و لیپید تشکیل شوند. از آنجا که آب و لیپید در این فرمولاسیون‌ها امتزاج‌ناپذیرند، باید با غلبه بر کشش سطحی قطرات یا استفاده از یک مادهٔ فعال سطحی، امولسیونی ریزقطره تهیه شود. امولسیون‌سازی فراصوتی تکنیکی تثبیت‌شده برای تهیهٔ این فرمولاسیون‌ها است: نانوامولسیون‌ها / مینی‌امولسیون‌ها، امولسیون‌های دوگانه و امولسیون‌های پیکرینگ. برای مثال، لیپوپپتیدهای نامحلول در آب را می‌توان به کمک فراصوت، همراه با آنتی‌ژن با نسبت 1:1 (w/w) در یک محلول آبی معلق کرد.
همچنین، فراصوت‌دهی برای کاهش تجمعات سلولی و توزیع یکنواخت سلول‌های منفردِ پراکنده‌شده در سوسپانسیون به کار می‌رود.
MultiSonoReactor MSR-4 یک راکتور صنعتی درون‌خطی برای تولید فراصوتی داروها و واکسن‌ها است
ادجوانت‌ها و نگهدارنده‌ها
واکسن‌ها معمولاً حاوی یک یا چند ادجوانت هستند که برای تقویت پاسخ ایمنی به کار می‌روند. با فراصوت‌دهی، درهم‌تنیدگی ریزالیاف ادجوانت باز می‌شود و این الیاف به‌طور همگن پراکنده می‌شوند، به‌طوری که اتصال پروتئین به سطح بهبود می‌یابد. سامانه‌های ادجوانت مبتنی بر امولسیون به‌طور گسترده در توسعه و فرمولاسیون واکسن به کار می‌روند. این سامانه‌های ادجوانت مبتنی بر امولسیون را می‌توان با انواع مختلف امولسیون مانند روغن در آب (o/w)، آب در روغن (w/o)، آب در روغن در آب (w/o/w) یا امولسیون‌های پایدارشده با پروتئین فرموله کرد.
علاوه بر این، نگهدارنده‌ها برای جلوگیری از آلودگی واکسن به باکتری‌ها یا قارچ‌ها افزوده می‌شوند. نگهدارنده‌ها را می‌توان در مراحل مختلف تولید واکسن به کار برد.
استفاده از هموژنایزرهای فراصوتی، اختلاط و پراکنش یکنواخت‌تر و ریزتری فراهم می‌کند و ازاین‌رو ابزاری قابل‌اعتماد برای تولید کارآمدتر واکسن است.
فرمولاسیون و کپسوله‌سازی لیپوزومی
واکسن‌های کپسوله‌شده در لیپوزوم را می‌توان به‌صورت خوراکی، داخل‌بینی، عضلانی و زیرجلدی تجویز کرد؛ این واکسن‌ها روش سودمندی برای رسانش واکسن و نیز یک ادجوانت به شمار می‌روند که می‌تواند رسانش هدفمند را بهبود بخشد و سمیت آنتی‌ژن‌های محصورشده را کاهش دهد. فراصوت‌دهی تکنیکی قابل‌اعتماد برای کپسوله‌سازی ترکیبات فعال در فرمولاسیون‌های لیپوزومی است. دربارهٔ فرمولاسیون فراصوتی لیپوزوم‌ها در اینجا بیشتر بخوانید!
برای مثال، Zhao et al. (2011) برای فرمولاسیون یک واکسن دامپزشکی علیه بیماری نیوکاسل، وزیکول‌های کوچک تک‌لایه (SUV) از فسفاتیدیل‌کولین/کلسترول را تحت فراصوت‌دهی تهیه کردند. واکسن کپسوله‌شده با فراصوت، پاسخ ایمنی تقویت‌شده، تیترهای بالاتر آنتی‌بادی‌های IgG و IgM و همچنین تکثیر سلول‌های T و B را نشان داد.
گاززدایی سوسپانسیون‌های دارویی
در طول تولید واکسن و دارو و پیش از بسته‌بندی، واکسن‌ها و مایعاتی مانند سوسپانسیون‌ها، محلول‌ها، امولسیون‌ها و فرمولاسیون‌های نهایی باید گاززدایی شوند. در مرحلهٔ گاززدایی / هواگیری، حباب‌های گاز (برای مثال اکسیژن و دی‌اکسید کربن) که در مایع محبوس شده‌اند، حذف می‌شوند. امواج فراصوت به هم‌جوشی حباب‌های گاز محبوس در مایعات کمک می‌کنند. حباب‌های به‌هم‌پیوسته شناوری بیشتری دارند و به سطح مایع صعود می‌کنند. با اعمال خلأ خفیف به ظرف فراصوت‌دهی می‌توان حذف حباب‌های گاز را بهبود بخشید. گاززدایی به کمک فراصوت، تکنیکی آسان و سریع برای هواگیری سوسپانسیون‌های آبی است.
تشدید رشد سلولی
هم‌زدن فراصوتی هنگام تلقیح (فرایند وارد کردن میکروارگانیسم‌ها به محیط کشت) می‌تواند رشد کشت‌های سلولی را افزایش دهد. شدت فراصوت‌دهی، دما و زمان ماند در زیست‌راکتورهای فراصوتی Hielscher را می‌توان متناسب با نوع سلول و نیازهای آن به‌دقت تنظیم کرد.
برای مثال، می‌توان از فراصوت‌دهی ملایم برای افزایش جذب گلوکز توسط سلول‌ها و در نتیجه تقویت رشد کشت‌ها و سوسپانسیون‌های سلولی استفاده کرد. مشخص شده است که فراصوت نفوذپذیری سلول را افزایش می‌دهد؛ این امر به‌نوبهٔ خود می‌تواند تبادل مواد مغذی / مواد زائد را تقویت کند و در نتیجه تولید واکسن را افزایش دهد. بدین‌ترتیب، می‌توان زمان تولید واکسن را کوتاه‌تر کرد و/یا بازده پروتئین‌های مورد استفاده به‌عنوان واکسن را افزایش داد.
راکتورهای دارویی Hielscher Ultrasonics
Hielscher Ultrasonics در تولید سامانه‌های فراصوتی پرتوان و زیست‌راکتورهای فراصوتی برای استفاده در تحقیق و توسعه و تولید صنعتی محصولات دارویی تخصص دارد (برای مثال واکسن‌ها, مواد مؤثرهٔ دارویی (APIs)).
فراصوت‌دهی را می‌توان در ظروف باز، راکتورهای بسته و راکتورهای جریان‌گذر پیوسته به کار برد. تمام قطعات سامانه‌های فراصوتی که با محیط مایع تماس دارند، از فولاد زنگ‌نزن، تیتانیوم یا شیشه ساخته شده‌اند. قطعات قابل اتوکلاو و اتصالات بهداشتی، تولید محصولات با گرید دارویی را تضمین می‌کنند.
نرم‌افزار هوشمند، پارامترهای فرایند فراصوت‌دهی را به‌طور خودکار روی کارت حافظهٔ SD تعبیه‌شده ثبت می‌کند. کنترل دقیق تمام پارامترهای فراصوت‌دهی، تکرارپذیری و قابلیت اطمینان نتیجهٔ فرایند را تضمین می‌کند.
استانداردسازی تولید.
پردازشگرهای فراصوتی صنعتی Hielscher Ultrasonics بسیار قابل‌اعتماد هستند و می‌توان آن‌ها را به‌دقت کنترل کرد. تمام دستگاه‌های فراصوت صنعتی را می‌توان برای تأمین دامنهٔ کامل نوسان، از مقادیر پایین‌تر تا بسیار بالا، تنظیم کرد. دامنه‌های نوسان تا 200µm را می‌توان به‌آسانی در کارکرد 24/7 به‌طور پیوسته به کار گرفت. برای دامنه‌های نوسان حتی بالاتر، سونوتْرودهای فراصوتی سفارشی در دسترس هستند. استحکام سونیکاتورهای Hielscher امکان کارکرد 24/7 را تحت بار کاری سنگین و در محیط‌های دشوار فراهم می‌کند.
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
دستگاه فراصوت پروبی UIP2000hdT (2000 وات) در یک راکتور فولاد زنگ‌نزن با گرید دارویی.
منابع علمی / مراجع
- Dereje Damte, Seung-Jin Lee, Biruk Tesfaye Birhanu, Joo-Won Suh, and Seung-Chun Park (2015): Sonicated Protein Fractions of Mycoplasma hyopneumoniae Induce Inflammatory Responses and Differential Gene Expression in a Murine Alveolar Macrophage Cell Line. J. Microbiol. Biotechnol. (2015), 25(12), 2153–2159.
- Christopher B. Fox, Ryan M. Kramer, Lucien Barnes V, Quinton M. Dowling, Thomas S. Vedvick (2013): Working together: interactions between vaccine antigens and adjuvants. Therapeutic Advances in Vaccines. 2013 May; 1(1): 7–20.
- J. Robin Harris, Andrei Soliakova, Richard J. Lewis, Frank Depoix, Allan Watkinson, Jeremy H. Lakeya (2012): Alhydrogel® adjuvant, ultrasonic dispersion and protein binding: a TEM and analytical study. Micron Volume 43, Issues 2–3, February 2012, 192-200.
- Doron Melamed, Gabriel Leitner, E. Dan Heller (1991): A Vaccine against Avian Colibacillosis Based on Ultrasonic Inactivation of Escherichia coli. Avian Diseases Vol. 35, No. 1 (Jan. – Mar., 1991), 17-22.
- Zhao X., Fan Y., Wang D., Hu Y., Guo L., Ruan S., et al. (2011): Immunological adjuvant efficacy of glycyrrhetinic acid liposome against Newcastle disease vaccine. Vaccine 29: 9611–9617
دانستنی‌های مفید
اصل عملکرد فراصوت پرتوان: کاویتاسیون آکوستیکی
فراصوت پرتوان و کاویتاسیون آکوستیکی، به‌دلیل سازوکارهای متنوع و مؤثر خود، نقش مهمی در توسعه و تولید دارو ایفا می‌کنند.
فرایندهای به‌کمک فراصوت ذاتاً پایدار و سازگار با محیط‌زیست هستند. فراصوت با فراهم کردن سرعت‌های بالاتر واکنش، بازده بیشتر و مصرف انرژی کمتر، به تشدید فرایند و بهره‌وری منابع کمک می‌کند. افزون بر این، فراصوت می‌تواند در شرایط ملایم (برای مثال دمای اتاق و فشار اتمسفر) عمل کند و نیاز به مواد شیمیایی تهاجمی و سامانه‌های گرمایش یا سرمایش پرمصرف را به حداقل برساند. این امر با اصول شیمی سبز همسو است و شیوه‌های ایمن‌تر، پاک‌تر و پایدارتر تولید دارو را ترویج می‌کند.
پردازش فراصوتی بر کاویتاسیون آکوستیکی و نیروهای برشی هیدرودینامیکی آن استوار است.
اصل عملکرد فراصوت پرتوان و کاویتاسیون آکوستیکی مزایای متعددی برای توسعه و تولید دارو فراهم می‌کند، از جمله بهبود انتقال جرم، کاهش اندازهٔ ذرات، گاززدایی و هواگیری، افزایش کارایی استخراج و خالص‌سازی و تشدید فرایند. به‌دلیل این مزایا، فناوری‌های فراصوت به پیشرفت علوم دارویی و تولید محصولات دارویی نوآورانه و باکیفیت کمک می‌کنند.