Ultraääniratkaisut rokotetuotannon parantamiseen

• Ultraäänikäsittelyä käytetään rokotteiden valmistuksen eri vaiheissa: solujen hajotukseen, solususpensioiden homogenointiin, solujen kasvun stimulointiin, kapselointiin, proteiinien sitomiseen adjuvantteihin jne.
• Hielscherin ultraäänilaitteita käytetään antigeenien tuotannossa, kapseloinnissa ja formuloinnissa sekä kaasunpoistovaiheessa ennen rokotteen täyttämistä injektiopulloihin tai ruiskuihin.
• Hielscher Ultrasonics on pitkän kokemuksen omaava kumppanisi lääketeollisuuden luotettavien ultraäänijärjestelmien toimittajana. Tutustu siihen, missä rokotteiden valmistuksen prosessivaiheissa ultraääni voi parantaa tuotantoasi!

Rokotteiden tuotanto

Ultraäänikäsittelystä voi olla hyötyä rokotetuotannon eri vaiheissa. Rokotteen valmistuksen ensimmäinen vaihe on itse antigeenin valmistaminen. Antigeenin tuottamismenetelmä vaihtelee taudinaiheuttajan tyypin mukaan: viruksia kasvatetaan joko primaarisoluissa, kuten kananmunissa (esim. influenssaa varten), tai jatkuvissa solulinjoissa, kuten viljellyissä ihmissoluissa (esim. hepatiitti A:ta varten), kun taas bakteereita kasvatetaan bioreaktoreissa (esim. Haemophilus influenzae tyyppi b). Viruksista tai bakteereista peräisin olevia rekombinanttiproteiineja voidaan kasvattaa myös hiivassa, bakteereissa tai soluviljelmissä. Kun antigeeni on tuotettu, se on vapautettava soluista, joissa sitä on kasvatettu.
Virus saatetaan joutua inaktivoimaan, eikä lisäpuhdistusta mahdollisesti tarvita. Rekombinanttiproteiinit vaativat useita käsittelyvaiheita, joihin kuuluu ultrasuodatusta ja pylväskromatografiaa. Rokotteen formulaation mukaan lisätään adjuvantti, stabilointiaineita ja säilöntäaineita. Adjuvantit tehostavat antigeenin aikaansaamaa immuunivastetta, ja stabilointiaineet ja säilöntäaineet pidentävät säilyvyysaikaa.
Rokotteiden valmistuksessa ultraäänikäsittelyä voidaan käyttää eri vaiheissa. Koska kyseessä on ei-terminen käsittelymenetelmä, arvokkaan materiaalin lämpöhajoaminen vältetään. Alla esitellään yleisimmät käyttökohteet, joissa ultraääni parantaa rokotteiden tuotantoa:

Antigeenien dispergointi

Antigeenit, kuten solufragmentti- tai proteiiniantigeenit, on dispergoitava homogeenisesti suspensioon, polymeeriin tai liposomaaliseen kapselointiin vakaan rokoteformulaation saamiseksi. Ultraäänikäsittelyn soveltuvuus hienojakoisten dispersioiden valmistamiseen lääkevalmisteiden tuotannossa on osoitettu pitkän ajan kuluessa, ja siksi se on vakiintunut menetelmä nykyaikaisessa rokotetuotannossa.
Alumiinipohjaiset adjuvantit, jotka koostuvat hyvin pienistä primäärihiukkasista, ovat yleisesti käytetty adjuvanttityyppi, joka voidaan helposti aggregoida toimivaksi kokonaisuudeksi rokoteformulaatioissa. Adjuvanttien yhdistäminen antigeeneihin edellyttää antigeenin tasaista jakautumista koko alumiinia sisältävään rokotteeseen. Ultraäänidispergoinnilla valmistetaan antigeenien ja adjuvanttien (esim. Alhydrogel™) homogeenisia dispersioita.

Solujen hajotus ja uutto

Mikro-organismeista tuotetut antigeenit on vapautettava mikrobisolusta. Ultraäänikäsittely on toimivaksi osoitettu solujen hajotus- ja uuttotekniikka. Ultraäänikäsittelyn parametreja säätämällä soluihin voidaan tehdä reikiä tai solut voidaan hajottaa, jolloin kohdeantigeenit vapautuvat ja ne voidaan eristää.
Lue, miten ultraäänikäsittely helpottaa viruksen vapauttamista soluviljelypohjaisissa virusrokotteissa!

Taudinaiheuttajien inaktivointi

Tehoultraääntä käytetään mikro-organismien, kuten bakteerien ja virusten, hajottamiseen ja tappamiseen. Esimerkiksi E. colin ultraääni-inaktivoinnin ja sitä seuraavan säteilytyksen on osoitettu olevan tehokkain menetelmä tehokkaan kolibasilloosirokotteen valmistamiseen. [Melamed et al. 1991]
Mikrobien inaktivoinnissa yleisesti käytettyjä menetelmiä ovat lämpöpastörointi ja sterilointi, jotka perustuvat pitkäaikaiseen altistukseen korkeille lämpötiloille ja johtavat usein toiminnallisten ominaisuuksien lämmön aiheuttamaan heikkenemiseen. Ultraäänikäsittelyn ja lämmön yhdistelmäkäsittely (termoultraäänikäsittely) voi nopeuttaa sterilointia; koska lämpökäsittelyn voimakkuus ja kesto vähenevät merkittävästi, lämpöherkkien yhdisteiden (esim. proteiinien ja antigeenien) lämpöhajoaminen. Ultraäänisterilointi ja -pastörointi ovat kustannustehokkaita, energiaa säästäviä ja ympäristöystävällisiä.

Emulsiot ja suspensiot

Rokoteformulaatiot voivat koostua vesi-lipidiseoksista. Koska vesi-lipidiformulaatioiden aineosat eivät sekoitu keskenään, on valmistettava hienojakoinen emulsio joko voittamalla pisaroiden pintajännitys tai käyttämällä pinta-aktiivista ainetta. Ultraääniemulgointi on vakiintunut menetelmä, jolla voidaan valmistaa nanoemulsioita / miniemulsioita, kaksoisemulsioita ja Pickering-emulsioita. Esimerkiksi veteen liukenemattomia lipopeptidejä voidaan suspendoida ultraäänellä yhdessä antigeenin kanssa suhteessa 1:1 (w/w) vesiliuokseen.
Lisäksi ultraäänikäsittelyä käytetään soluaggregaattien vähentämiseen ja yksittäin dispergoitujen solujen tasaiseen jakamiseen suspensioon.

Adjuvantit ja säilöntäaineet

Rokotteet sisältävät tyypillisesti yhden tai useamman adjuvantin, joita käytetään immuunivasteen tehostamiseen. Ultraäänikäsittelyllä adjuvanttien mikrokuitujen takertumat avataan ja kuidut dispergoidaan homogeenisesti, jolloin proteiinien sitoutuminen pinnalle paranee. Emulsiopohjaisia adjuvanttijärjestelmiä käytetään laajalti rokotteiden kehityksessä ja formuloinnissa. Tällaisia emulsiopohjaisia adjuvanttijärjestelmiä voidaan formuloida käyttämällä erilaisia emulsiotyyppejä, kuten öljy vedessä (o/w)-, vesi öljyssä (w/o)- ja vesi öljyssä vedessä (w/o/w) -emulsioita tai proteiineilla stabiloituja emulsioita.
Lisäksi säilöntäaineita lisätään estämään rokotteen kontaminoituminen bakteereilla tai sienillä. Säilöntäaineita voidaan käyttää rokotteiden tuotannon eri vaiheissa.
Ultraäänihomogenisaattorien käyttö edistää tasaisempaa ja hienojakoisempaa sekoittamista ja dispergointia ja on siten luotettava keino tehostaa rokotetuotantoa.

Formulointi ja liposomaalinen kapselointi

Liposomiin kapseloituja rokotteita voidaan antaa suun kautta, nenänsisäisesti, lihaksensisäisesti ja ihonalaisesti, ja ne ovat edullinen rokotteen antomenetelmä ja adjuvantti, joka voisi parantaa kohdennettua kuljetusta ja vähentää kapseloitujen antigeenien toksisuutta. Ultraäänikäsittely on luotettava menetelmä aktiivisten yhdisteiden kapseloimiseen liposomaalisiin formulaatioihin. Lue tästä lisää liposomien formuloinnista ultraäänellä!
Esimerkiksi formuloidakseen eläinrokotteen Newcastlen tautia vastaan Zhao ym. (2011) valmistivat ultraäänikäsittelyllä pieniä yksilamellaarisia fosfatidyylikoliini-/kolesterolivesikkeleitä (SUV). Ultraäänellä kapseloitu rokote osoitti tehostunutta immuunivastetta, korkeampia IgG- ja IgM-vasta-ainetittereitä sekä T-solujen ja B-solujen proliferaatiota.

Kaasunpoisto lääkesuspensioista

Rokotteiden ja lääkkeiden tuotannon aikana ja ennen pakkaamista rokotteista ja nesteistä, kuten suspensioista, liuoksista, emulsioista ja lopullisista formulaatioista, on poistettava kaasut. Kaasunpoisto-/ilmanpoistovaiheessa poistetaan nesteeseen jääneet kaasukuplat (esim. happi ja hiilidioksidi). Ultraääniaallot edistävät nesteisiin jääneiden kaasukuplien yhdistymistä. Yhdistyneillä kuplilla on suurempi noste, ja ne nousevat nesteen pinnalle. Kaasukuplien poistumista voidaan tehostaa kohdistamalla ultraäänikäsittelyastiaan lievä alipaine. Ultraäänellä avustettu kaasunpoisto on helppo ja nopea vesipohjaisten suspensioiden ilmanpoistomenetelmä.

Tehostettu solujen kasvu

Ultraäänisekoitus inokuloinnin aikana (prosessi, jossa mikro-organismeja lisätään kasvatusalustaan) voi lisätä soluviljelmien kasvua. Ultraäänikäsittelyn voimakkuutta, lämpötilaa ja viipymäaikaa Hielscherin ultraäänibioreaktoreissa voidaan säädellä tarkasti solutyypin ja sen vaatimusten mukaan.
Esimerkiksi lievää ultraäänikäsittelyä voidaan käyttää lisäämään solujen glukoosinottoa ja edistämään siten soluviljelmien ja suspensioiden kasvua. Ultraäänen tiedetään lisäävän solujen läpäisevyyttä, mikä puolestaan voi tehostaa ravinteiden ja jäteaineiden vaihtoa ja johtaa siten tehostuneeseen rokotetuotantoon. Näin rokotteiden tuotantoaikaa voidaan lyhentää ja/tai rokotteina käytettävien proteiinien saantoa lisätä.

Hielscher Ultrasonicsin lääkereaktorit

Hielscher Ultrasonics on erikoistunut suuritehoisten ultraäänijärjestelmien ja ultraäänibioreaktorien tuotantoon lääkkeiden tutkimusta ja kehitystä sekä teollista tuotantoa varten (esim. rokotteet, vaikuttavat lääkeaineet).
Ultraäänikäsittelyä voidaan käyttää avoimissa astioissa, suljetuissa reaktoreissa ja jatkuvatoimisissa läpivirtausreaktoreissa. Kaikki ultraäänijärjestelmien osat, jotka joutuvat kosketuksiin nestemäisen väliaineen kanssa, on valmistettu ruostumattomasta teräksestä, titaanista tai lasista. Autoklaavattavat osat ja hygienialiittimet varmistavat lääkelaatuisten tuotteiden valmistuksen.
Älykäs ohjelmisto tallentaa ultraäänikäsittelyprosessin parametrit automaattisesti integroituun SD-muistikorttiin. Kaikkien ultraäänikäsittelyparametrien tarkka hallinta varmistaa prosessin lopputuloksen toistettavuuden ja luotettavuuden.

Tuotannon standardointi.
Hielscher Ultrasonicsin teolliset ultraääniprosessorit ovat erittäin luotettavia, ja niitä voidaan ohjata tarkasti. Kaikki teolliset ultraäänilaitteet voidaan säätää tuottamaan koko amplitudialue pienistä erittäin suuriin amplitudeihin. Jopa 200µm:n amplitudeja voidaan helposti käyttää jatkuvasti 24/7-käytössä. Vielä suurempia amplitudeja varten on saatavilla räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7-käytön raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä.