Vaccins viraux issus de cultures cellulaires – Une rupture cellulaire efficace grâce à la sonication

Foire aux questions sur la disruption cellulaire par ultrasons pour la production de vaccins à base virale

Qu'est-ce que la désintégration cellulaire par ultrasons ?

La rupture cellulaire par ultrasons utilise des ultrasons de haute intensité, généralement compris entre 20 et 30 kHz, pour rompre les membranes cellulaires et libérer le contenu intracellulaire. Les ondes ultrasonores de forte puissance créent des bulles de cavitation dans le liquide. Lorsque ces bulles s'effondrent, elles génèrent des forces de cisaillement locales intenses et des micro-courants qui rompent mécaniquement les cellules et favorisent le transfert de masse entre l'intérieur de la cellule et le milieu environnant. Dans la production de vaccins, ce procédé est utilisé pour lyser les cultures cellulaires infectées par des virus et pour libérer les particules virales intracellulaires et associées à la membrane dans le produit final.

Pourquoi recourir à la sonication plutôt qu'à la lyse chimique ou enzymatique pour la récupération des virus ?

La sonication repose exclusivement sur des forces mécaniques. Elle ne nécessite ni détergents, ni lysozyme, ni protéinase K, ni aucun autre réactif de lyse susceptible d’altérer le lysat, d’interférer avec la purification en aval ou de devoir être éliminé avant la suite du traitement. Les réactifs chimiques nécessitent généralement une préparation en plusieurs étapes, chronophage, afin d’éviter toute inhibition des tests ultérieurs et des autres étapes de post-traitement. La disruption enzymatique nécessite de longs temps d’incubation et donne souvent des résultats non reproductibles. La lyse par ultrasons regroupe également les étapes de remise en suspension, de disruption et d’extraction en une seule opération continue. Lorsque votre procédé nécessite une étape assistée par un détergent ou une enzyme, la sonication la renforce plutôt que de la remplacer : la cavitation affaiblit les membranes et améliore l’exposition uniforme de toutes les cellules au réactif.

En quoi la sonication diffère-t-elle des méthodes d'homogénéisation mécanique ?

Les sonateurs à sonde transfèrent l'énergie ultrasonique de manière directe et efficace, car la sonotrode est en contact direct avec l'échantillon. Les techniques d'homogénéisation à entraînement mécanique se traduisent souvent par un rendement de transfert d'énergie moindre. Le traitement par ultrasons ne nécessite ni billes de broyage consommables ni joints rotatifs dans le flux de produit, ni buses ni chambres susceptibles de s'obstruer avec une masse cellulaire visqueuse, et évite toute contamination croisée entre les lots.

La sonication peut-elle endommager le virus ou l'antigène ?

Il s'agit là de la tâche d'optimisation essentielle, et elle est maîtrisable. En ajustant les paramètres du traitement par ultrasons, les effets de la sonication peuvent être contrôlés avec précision : une faible amplitude et une sonication de courte durée ont des effets très doux, tandis que des amplitudes élevées, une pression accrue et une durée de sonication plus longue entraînent un traitement intense. Comme l'intensité peut être ajustée exactement en fonction de l'échantillon biologique, on évite ainsi tout traitement excessif, toute dégradation et toute perte de rendement. En pratique, l'amplitude, le temps de séjour et le nombre de passages sont réglés au minimum nécessaire pour atteindre le taux de disruption visé, avec une surveillance continue de la température et un refroidissement.

Le traitement par ultrasons réduit-il la viscosité de la récolte ?

Oui. Les récoltes denses, à forte densité cellulaire, sont visqueuses et difficiles à pomper en raison de la présence d’ADN de cellules hôtes libéré et non fragmenté. Le traitement par ultrasons ciseaute et fragmente l’ADN et l’ARN, tout en solubilisant la masse cellulaire et en désagglomérant les débris cellulaires. Il en résulte une suspension homogène et pompable qui facilite plus efficacement les étapes de clarification, de centrifugation et de chromatographie. La fragmentation de l’ADN et de l’ARN par sonication contrôlée est une application bien établie de cette même technologie en laboratoire.

Puis-je exécuter le processus en mode continu en ligne ?

Oui. Les soniqueurs Hielscher sont conçus pour fonctionner en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, dans des environnements industriels, et peuvent être équipés de cellules de débit et de réacteurs pour permettre une sonication en ligne en continu, des boucles de recirculation ou une intégration dans des modules de production et des lignes de traitement. Ils permettent aussi bien un fonctionnement en un seul passage qu’en plusieurs passages.

Comment passer de l'échelle du laboratoire à celle de la production ?

De manière linéaire, sur la base d'un apport énergétique mesurable. Tous les résultats de sonication obtenus avec un homogénéisateur à ultrasons Hielscher peuvent être transposés de manière linéaire à des débits plus élevés dans la production industrielle ; les paramètres de sonication mis au point avec un sonificateur de laboratoire peuvent être directement transférés vers des systèmes Hielscher de plus grande taille. Le critère de transposition est l'apport énergétique spécifique par volume, associé à l'amplitude, au temps de séjour et à la température. Le conseil en procédés de Hielscher comprend des recommandations pour l'optimisation des paramètres (amplitude, énergie spécifique E/V, temps de séjour, température et contrôle de la pression) en fonction de l'apport énergétique mesurable.

La désintégration cellulaire par ultrasons est-elle adaptée à la fabrication en salle blanche et conforme aux bonnes pratiques de fabrication (BPF) ?

Les ultrasonateurs Hielscher s'installent facilement dans les laboratoires en salle blanche et les sites de production. Leurs boîtiers sont fabriqués en plastique antibactérien ou en acier inoxydable. Toutes les pièces en contact avec le fluide, telles que les sonotrodes et les cellules d'écoulement, sont en titane ou en acier inoxydable et peuvent être stérilisées à l'autoclave. Des réacteurs à cellule d'écoulement spéciaux, répondant aux exigences avancées en matière de CIP (nettoyage en place) et de SIP (stérilisation en place), sont disponibles. Le transducteur de la série industrielle UIP est certifié IP64 et peut être installé dans des environnements exigeants, tandis que le générateur est placé à distance. Comme les sonicateurs Hielscher convertissent l’énergie électrique en oscillations mécaniques avec un rendement très élevé (environ 80 à 90 %) entre la prise d’alimentation et le liquide, le transducteur peut être intégré dans des boîtiers fermés sans persiennes, et aucun refroidissement forcé (à l’air comprimé ou à l’eau, par exemple) n’est nécessaire. Cela signifie également qu’aucun fluide de refroidissement n’entre en contact avec le processus. La documentation automatique du processus garantit la traçabilité et la reproductibilité dans le cadre d’une fabrication réglementée.

La sonication permet-elle également d'inactiver le virus dans le cadre d'un vaccin inactivé ?

Oui. Les ultrasons de puissance trouvent des applications dans l’inactivation d’agents pathogènes tels que les bactéries et les virus. Avec une dose et une intensité de sonication appropriées, les cellules et les microbes peuvent être traités conformément à l’objectif du procédé ; ainsi, la même plateforme permet à la fois la lyse en vue de la récolte et l’inactivation. La combinaison de la sonication et de la chaleur, appelée « thermo-sonication », permet une stérilisation plus rapide avec une intensité thermique et une durée considérablement réduites, ce qui est avantageux pour préserver les composés thermosensibles tels que les protéines et les antigènes. L’inactivation par ultrasons est généralement utilisée en association avec des procédés chimiques d’inactivation bien établis, et la cinétique complète de l’inactivation doit être validée pour chaque virus spécifique.

Ce même système peut-il être utilisé pour les étapes de formulation après la récolte ?

Oui. Cette même plateforme permet la dispersion d’antigènes dans des suspensions, dans des polymères ou des encapsulations liposomales, la désagglomération et la distribution homogène des antigènes et des adjuvants à base d’aluminium tels que l’Alhydrogel™, la formulation de vaccins sous forme de liposomes et de nanoparticules lipidiques solides avec un contrôle précis de la taille des vecteurs, ainsi que l’étape de dégazage préalable au remplissage des flacons ou des seringues.