Solutions ultrasoniques pour une meilleure 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 adjuvantes, etc.
• Les sonicateurs Hielscher sont utilisés dans la production d'antigènes, l'encapsulation et la formulation, ainsi que dans l'étape de dégazage avant le remplissage du vaccin dans des flacons ou des seringues.
• Hielscher Ultrasonics est votre partenaire expérimenté pour des systèmes à ultrasons fiables dans l'industrie pharmaceutique. Découvrez quelles étapes du processus de fabrication des vaccins peuvent améliorer votre production !

Production de vaccins

Les ultrasons peuvent être utiles à différentes étapes de la production d'un vaccin. Pour produire un vaccin, la première étape consiste à préparer l'antigène lui-même. La méthode de production de l'antigène diffère selon le type d'agent pathogène : Alors que les virus sont cultivés soit sur des cellules primaires telles que des œufs de poule (par exemple pour la grippe), soit sur des lignées cellulaires continues telles que des cellules humaines cultivées (par exemple pour l'hépatite A), les bactéries sont cultivées dans des bioréacteurs (par exemple Haemophilus influenzae type b). Les protéines recombinantes, dérivées de virus ou de bactéries, peuvent également être cultivées dans des levures, des bactéries ou des cultures cellulaires. Lorsque l'antigène est produit, il doit être libéré des cellules dans lesquelles il a été cultivé.
Un virus peut devoir être inactivé, sans qu'aucune autre purification ne soit nécessaire. Les protéines recombinantes nécessitent de nombreuses opérations impliquant 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 de l'antigène, les stabilisateurs et les conservateurs augmentent 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 de matériaux précieux. Vous trouverez ci-dessous les applications les plus courantes où 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 une 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 est donc une technique 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 être facilement agrégé en une unité fonctionnelle dans les formulations de vaccins. Afin de combiner les adjuvants avec les antigènes, une distribution uniforme de l'antigène dans le vaccin contenant de l'aluminium est nécessaire. La dispersion ultrasonique prépare des dispersions homogènes d'antigènes et d'adjuvants (par exemple Alhydrogel™).

lyse cellulaire & Extraction

Les antigènes produits par les micro-organismes doivent être libérés de la cellule microbienne. La sonication est une technologie éprouvée de lyse et d'extraction cellulaires. En ajustant les paramètres de sonication, les cellules peuvent être perforées ou perturbées de manière à ce que les antigènes ciblés deviennent disponibles et puissent être isolés.

Inactivation des agents pathogènes

Les ultrasons de puissance sont appliqués pour perturber et tuer les micro-organismes tels que les bactéries et les virus. Par exemple, la désactivation ultrasonique d'E. coli suivie d'une irradiation s'est avérée être la technique la plus puissante pour la préparation d'un vaccin efficace contre la colibacillose. [Melamed et al. 1991]
Les techniques couramment utilisées pour l'inactivation microbienne sont la pasteurisation et la stérilisation thermiques, qui sont basées sur une longue exposition à des températures élevées et conduisent souvent à une détérioration des propriétés fonctionnelles induite par la chaleur. Un traitement combiné de sonication et de chaleur (thermo-sonication) peut accélérer le taux de stérilisation ; étant donné que l'intensité et la durée de la chaleur sont considérablement réduites, la dégradation thermique des composés sensibles à la chaleur (par exemple, les protéines, les antigènes). La stérilisation et la pasteurisation par ultrasons sont rentables, économes en énergie et respectueuses de l'environnement.

émulsions & suspensions

Les formulations de vaccins peuvent être constituées de mélanges eau-lipides. Les formulations eau-lipides n'étant pas miscibles, une émulsion de taille fine doit être préparée en surmontant les gouttelettes.’ tension superficielle ou à l'aide d'un agent tensioactif. L'émulsification par ultrasons est une technique bien établie pour formuler des produits de consommation. Nano-émulsions / mini émulsions, émulsions doubles et Émulsions de Pickering. Par exemple, des lipopeptides insolubles dans l'eau peuvent être mis en suspension par ultrasons avec l'antigène dans un rapport 1:1 (p/p) dans une solution aqueuse.
En outre, une sonication est appliquée afin de réduire les agrégats cellulaires et de répartir uniformément les cellules dispersées dans la suspension.

Adjuvants et conservateurs

Les vaccins contiennent généralement un ou plusieurs adjuvants, utilisés pour stimuler la réponse immunitaire. Par ultrasons, les microfibres d'adjuvant sont démêlées et dispersées de manière homogène, ce qui améliore la liaison des protéines à la surface. Les systèmes d'adjuvants en émulsion sont largement utilisés dans le développement et la formulation des vaccins. Ces systèmes d'adjuvants en émulsion peuvent être formulés à l'aide de différents types d'émulsions tels que huile dans eau (o/w), eau dans huile (w/o), eau dans huile dans eau (w/o/w), ou des émulsions stabilisées par des protéines.
En outre, des conservateurs sont ajoutés pour empêcher la contamination des vaccins par des bactéries ou des champignons. Les conservateurs peuvent être utilisés à différents stades de la production des vaccins.
L'utilisation d'homogénéisateurs à ultrasons favorise un mélange et une dispersion plus réguliers et plus fins et constitue donc un outil fiable pour une production de vaccins plus efficace.

formulation & Encapsulation liposomale

Les vaccins encapsulés dans des liposomes peuvent être administrés par voie orale, intranasale, intramusculaire ou sous-cutanée. Ils constituent une méthode d'administration de vaccins et un adjuvant avantageux, qui pourrait améliorer l'administration ciblée et réduire la toxicité des antigènes piégés. La sonication est une technique fiable pour encapsuler des composés actifs dans des formulations liposomales. En savoir plus sur la formulation ultrasonique des liposomes !
Par exemple, afin de formuler un vaccin vétérinaire contre la maladie de Newcastle, Zhao et al. (2011) ont préparé de petites vésicules unilamellaires de phosphatidylcholine/cholestérol (SUV) par sonication. Le vaccin encapsulé par ultrasons a montré une réponse immunitaire améliorée, des titres d'anticorps IgG et IgM plus élevés ainsi qu'une prolifération des cellules T et B.

Dégazage des suspensions pharmaceutiques

Au cours de la production de vaccins et de produits pharmaceutiques et avant leur conditionnement, les vaccins et les liquides tels que les suspensions, les solutions, les émulsions et les formulations finales doivent être dégazés. Au cours de l'étape de désaération, les bulles de gaz (oxygène, dioxyde de carbone, etc.) piégées dans le liquide sont éliminées. Les ondes ultrasoniques favorisent la coalescence des bulles de gaz piégées dans les liquides. Les bulles coalescentes ont une plus grande flottabilité et remontent à la surface du liquide. L'élimination des bulles de gaz peut être améliorée lorsqu'un léger vide est appliqué à la cuve de sonication. Le dégazage assisté par ultrasons est une technique de désaération facile et rapide des suspensions aqueuses.

Intensification de la croissance cellulaire

L'agitation ultrasonique pendant l'inoculation (le processus d'introduction de micro-organismes dans un milieu de culture) peut augmenter la croissance des cultures cellulaires. Dans les bioréacteurs à ultrasons Hielscher, l'intensité de la sonication, la température et le temps de rétention peuvent être réglés avec précision en fonction du type de cellule et de ses besoins.
Par exemple, une sonication douce peut être appliquée pour augmenter l'absorption de glucose par les cellules et favoriser ainsi la croissance des cultures et des suspensions cellulaires. Les ultrasons sont connus pour augmenter la perméabilité des cellules, ce qui, à son tour, peut améliorer l'échange nutriments/déchets et, par conséquent, la production de vaccins. Il est ainsi possible de réduire le temps de production des vaccins et/ou d'augmenter le rendement des protéines utilisées comme vaccins.

Hielscher Ultrasons Pharma-Réacteurs

Hielscher Ultrasonics est spécialisée dans la production de systèmes ultrasoniques de haute puissance et de bioréacteurs soniques pour la mise en œuvre dans les laboratoires de recherche et de développement.&D et la production industrielle de produits pharmaceutiques (par ex. vaccins, API).
La sonication peut être appliquée aux cuves ouvertes, aux réacteurs fermés et aux réacteurs à flux continu. Toutes les pièces des systèmes à ultrasons qui entrent en contact avec le milieu liquide sont fabriquées en acier inoxydable, en titane ou en verre. Les pièces autoclavables et les raccords sanitaires garantissent la production de de qualité pharmaceutique produits.
Un logiciel intelligent enregistre automatiquement les paramètres du processus de sonication sur la carte mémoire SD intégrée. Le contrôle précis de tous les paramètres de sonication garantit la reproductibilité et la fiabilité du résultat du processus.

Normalisation de la production.
Les processeurs industriels à ultrasons de Hielscher Ultrasonics sont très fiables et peuvent être contrôlés avec précision. Tous les appareils industriels à ultrasons peuvent être réglés pour fournir une gamme complète d'amplitudes, des plus faibles aux plus élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement exploitées en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. La robustesse des sonicateurs Hielscher leur permet de fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles et dans des environnements exigeants.