Solutions ultrasonores pour améliorer la production de vaccins

• La sonication est utilisée à différentes étapes de la préparation des vaccins : pour la lyse cellulaire, pour homogénéiser les suspensions cellulaires, pour stimuler la croissance cellulaire, pour l’encapsulation, pour la fixation des protéines sur les adjuvants, etc.
• Les sonicateurs Hielscher sont utilisés pour la production d’antigènes, l’encapsulation et la formulation, ainsi que pour l’étape de dégazage avant le remplissage du vaccin dans des flacons ou des seringues.
• Hielscher Ultrasonics est votre partenaire de longue date pour des systèmes ultrasonores fiables dans l’industrie pharmaceutique. Découvrez à quelles étapes de la fabrication des vaccins les ultrasons peuvent améliorer votre production !

Production de vaccins

Le traitement par ultrasons peut être bénéfique à différentes étapes de la production de vaccins. Pour produire un vaccin, la première étape consiste à préparer l’antigène lui-même. La méthode de production de l’antigène varie selon le type d’agent pathogène : tandis que les virus sont cultivés soit sur des cellules primaires, telles que les œufs de poule (p. ex. pour la grippe), soit sur des lignées cellulaires continues, telles que des cellules humaines en culture (p. ex. pour l’hépatite A), les bactéries sont cultivées dans des bioréacteurs (p. ex. Haemophilus influenzae de type b). Les protéines recombinantes issues de virus ou de bactéries peuvent également être produites dans des levures, des bactéries ou des cultures cellulaires. Une fois l’antigène produit, il doit être libéré des cellules dans lesquelles il a été cultivé.
Un virus peut devoir être inactivé, sans qu’une purification supplémentaire soit nécessaire dans certains cas. Les protéines recombinantes nécessitent de nombreuses opérations faisant intervenir l’ultrafiltration et la chromatographie sur colonne. Selon la formulation du vaccin, un adjuvant, des agents stabilisants et des conservateurs sont ajoutés. Les adjuvants renforcent la réponse immunitaire à l’antigène ; les stabilisants et les conservateurs prolongent la durée de conservation.
Lors de la fabrication des vaccins, la sonication peut être appliquée à différentes étapes. En tant que méthode de traitement non thermique, elle permet d’éviter la dégradation par la chaleur des matières précieuses. Vous trouverez ci-dessous les applications les plus courantes dans lesquelles les ultrasons améliorent la production de vaccins :

Dispersion des antigènes

Les antigènes, tels que les fragments cellulaires ou les antigènes protéiques, doivent être dispersés de manière homogène dans une suspension, un polymère ou un système d’encapsulation liposomale afin d’obtenir une formulation vaccinale stable. La sonication a fait ses preuves depuis longtemps pour préparer des dispersions fines dans la fabrication de produits pharmaceutiques et constitue donc une technique bien établie dans la production moderne de vaccins.
Les adjuvants à base d’aluminium, composés de très petites particules primaires, sont un type d’adjuvant couramment utilisé, qui peut facilement être agrégé en une unité fonctionnelle dans les formulations vaccinales. Pour associer les adjuvants aux antigènes, une répartition uniforme de l’antigène dans l’ensemble du vaccin contenant de l’aluminium est nécessaire. La dispersion ultrasonore permet de préparer des dispersions homogènes d’antigènes et d’adjuvants (p. ex. Alhydrogel™).

Lyse cellulaire et extraction

Les antigènes produits à partir de microorganismes doivent être libérés de la cellule microbienne. La sonication est une technologie éprouvée de lyse cellulaire et d’extraction. En ajustant les paramètres de sonication, les cellules peuvent être perforées ou rompues afin de rendre les antigènes ciblés accessibles et de permettre leur isolement.
Découvrez comment la sonication facilite la libération des virus dans les vaccins viraux à base de cultures cellulaires !

Inactivation des agents pathogènes

Les ultrasons de puissance sont utilisés pour désintégrer et tuer des microorganismes tels que les bactéries et les virus. Par exemple, il a été démontré que l’inactivation ultrasonore d’E. coli suivie d’une irradiation est la technique la plus efficace pour préparer un vaccin efficace contre la colibacillose. [Melamed et al. 1991]
Les techniques couramment utilisées pour l’inactivation microbienne sont la pasteurisation thermique et la stérilisation, qui reposent sur une exposition prolongée à des températures élevées et entraînent souvent une détérioration des propriétés fonctionnelles induite par la chaleur. Un traitement combinant sonication et chaleur (thermosonication) peut accélérer la stérilisation ; puisque l’intensité et la durée du traitement thermique sont considérablement réduites, la dégradation thermique des composés thermosensibles (p. ex. protéines, antigènes). La stérilisation et la pasteurisation ultrasonores sont économiques, économes en énergie et respectueuses de l’environnement.

Émulsions et suspensions

Les formulations vaccinales peuvent être constituées de mélanges eau-lipides. L’eau et les lipides étant non miscibles, une émulsion fine doit être préparée soit en surmontant la tension superficielle des gouttelettes, soit en utilisant un tensioactif. L’émulsification ultrasonore est une technique bien établie pour formuler des nano-émulsions / mini-émulsions, des émulsions doubles et des émulsions de Pickering. Par exemple, des lipopeptides insolubles dans l’eau peuvent être mis en suspension par ultrasons avec un antigène dans un rapport de 1:1 (w/w) dans une solution aqueuse.
La sonication est également utilisée pour réduire les agrégats cellulaires et répartir uniformément les cellules dispersées individuellement dans la suspension.

Adjuvants et conservateurs

Les vaccins contiennent généralement un ou plusieurs adjuvants utilisés pour renforcer la réponse immunitaire. Le traitement par ultrasons démêle les microfibres des adjuvants et les disperse de manière homogène, améliorant ainsi la fixation des protéines à leur surface. Les systèmes adjuvants à base d’émulsions sont largement utilisés dans le développement et la formulation des vaccins. Ces systèmes peuvent être formulés à partir de différents types d’émulsions, tels que les émulsions huile-dans-eau (o/w), eau-dans-huile (w/o), eau-dans-huile-dans-eau (w/o/w), ou les émulsions stabilisées par des protéines.
Des conservateurs sont également ajoutés pour prévenir la contamination des vaccins par des bactéries ou des champignons. Les conservateurs peuvent être utilisés à différentes étapes de la production des vaccins.
L’utilisation d’homogénéisateurs à ultrasons favorise un mélange et une dispersion plus homogènes et plus fins, et constitue ainsi un moyen fiable d’améliorer l’efficacité de la production de vaccins.

Formulation et encapsulation liposomale

Les vaccins encapsulés dans des liposomes peuvent être administrés par voie orale, intranasale, intramusculaire ou sous-cutanée. Cette encapsulation constitue un mode d’administration vaccinale et un adjuvant avantageux, susceptibles d’améliorer l’administration ciblée et de réduire la toxicité des antigènes encapsulés. La sonication est une technique fiable pour encapsuler des composés actifs dans des formulations liposomales. Pour en savoir plus sur la formulation ultrasonore des liposomes, cliquez ici !
Par exemple, afin de formuler un vaccin vétérinaire contre la maladie de Newcastle, Zhao et al. (2011) ont préparé de petites vésicules unilamellaires (SUV) de phosphatidylcholine/cholestérol sous sonication. Le vaccin encapsulé par ultrasons a montré une réponse immunitaire renforcée, des titres plus élevés d’anticorps IgG et IgM, ainsi qu’une prolifération des lymphocytes T et B.

Dégazage des suspensions pharmaceutiques

Pendant la production de vaccins et de produits pharmaceutiques, et avant le conditionnement, les vaccins et les liquides tels que les suspensions, les solutions, les émulsions et les formulations finales doivent être dégazés. Lors de l’étape de dégazage / désaération, les bulles de gaz (p. ex. oxygène, dioxyde de carbone) piégées dans le liquide sont éliminées. Les ondes ultrasonores favorisent la coalescence des bulles de gaz piégées dans les liquides. Les bulles ayant fusionné présentent une flottabilité accrue et remontent à la surface du liquide. L’élimination des bulles de gaz peut être améliorée en appliquant un léger vide au récipient de sonication. Le dégazage assisté par ultrasons est une technique simple et rapide de désaération des suspensions aqueuses.

Intensification de la croissance cellulaire

L’agitation ultrasonore pendant l’inoculation (le processus d’introduction de microorganismes dans un milieu de culture) peut accroître la croissance des cultures cellulaires. L’intensité de la sonication, la température et le temps de séjour dans les bioréacteurs ultrasonores Hielscher peuvent être réglés avec précision en fonction du type de cellules et de leurs besoins.
Par exemple, une sonication douce peut être appliquée pour augmenter l’absorption du glucose par les cellules et favoriser ainsi la croissance des cultures et des suspensions cellulaires. Les ultrasons sont connus pour augmenter la perméabilité cellulaire, ce qui peut améliorer les échanges de nutriments / déchets et ainsi accroître la production de vaccins. Le temps de production des vaccins peut donc être raccourci et/ou le rendement en protéines utilisées comme vaccins peut être augmenté.

Réacteurs pharmaceutiques Hielscher Ultrasonics

Hielscher Ultrasonics est spécialisé dans la production de systèmes ultrasonores de forte puissance et de sonobioréacteurs destinés à la R&D et à la production industrielle de produits pharmaceutiques (p. ex. vaccins, principes actifs pharmaceutiques (API)).
La sonication peut être appliquée dans des récipients ouverts, des réacteurs fermés et des réacteurs à circulation continue. Toutes les pièces des systèmes ultrasonores qui entrent en contact avec le milieu liquide sont en acier inoxydable, en titane ou en verre. Les pièces autoclavables et les raccords sanitaires garantissent l’obtention de la qualité pharmaceutique des produits.
Un logiciel intelligent enregistre automatiquement les paramètres du procédé de sonication sur la carte mémoire SD intégrée. Le contrôle précis de tous les paramètres de sonication garantit la reproductibilité et la fiabilité des résultats du procédé.

Standardisation de la production.
Les processeurs ultrasonores industriels Hielscher Ultrasonics sont extrêmement fiables et peuvent être contrôlés avec précision. Tous les sonicateurs industriels peuvent être réglés pour couvrir toute la plage d’amplitudes, des plus faibles aux plus élevées. Des amplitudes allant jusqu’à 200µm peuvent facilement être maintenues en continu en fonctionnement 24/7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasonores sur mesure sont disponibles. La robustesse des sonicateurs Hielscher permet un fonctionnement 24/7 sous forte charge et dans des environnements exigeants.