Solutions ultrasonores pour l'amélioration de la production de vaccins

  • La sonication est utilisée dans 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 liaison aux protéines adjuvantes, etc.
  • Les ultrasoniseurs Hielscher sont utilisés dans la production, l'encapsulation et la formulation de l'antigène ainsi que dans l'étape de dégazage avant le remplissage du vaccin en flacons ou seringues.
  • Hielscher Ultrasons est votre partenaire de longue date pour des systèmes ultrasoniques fiables dans l'industrie pharmaceutique. Découvrez au cours de quelles étapes du processus de fabrication de vaccins vous pouvez améliorer votre production !

Production de vaccins

Les ultrasons peuvent être bénéfiques à différents stades de la production d'un vaccin. Pour produire un vaccin, la première étape consiste à préparer l'antigène lui-même. Selon le type d'agent pathogène, la méthode de génération de l'antigène diffère : Alors que les virus sont cultivés soit sur des cellules primaires comme les œufs de poule (par exemple pour la grippe), soit sur des lignées cellulaires continues comme les cellules humaines en culture (par exemple pour l'hépatite A), les bactéries sont cultivées dans des bioréacteurs (par exemple, Haemophilus influenzae type b). Les protéines recombinantes, qui ont été dérivées de virus ou de bactéries, peuvent également être cultivées dans des cultures de levure, de bactéries ou de cellules. Lorsque l'antigène est produit, il doit être libéré par les cellules dans lesquelles il a été cultivé.
Un virus peut avoir besoin d'être inactivé, éventuellement sans purification supplémentaire. Les protéines recombinantes nécessitent de nombreuses opérations d'ultrafiltration et de chromatographie sur colonne. Selon la formulation du vaccin, un adjuvant, des agents stabilisants et des agents de conservation sont ajoutés. Les adjuvants améliorent la réponse immunitaire de l'antigène, les stabilisants et les conservateurs augmentent la durée de conservation.
Au cours de la fabrication du vaccin, la sonication peut être appliquée à différents stades. En tant que méthode de traitement non thermique, la dégradation thermique des matériaux de valeur est évitée. Découvrez ci-dessous les applications les plus courantes où les ultrasons améliorent la production de vaccins :

Dispersion des antigènes

Le cisaillement ultrasonique disperse les particules de façon homogène.Les antigènes tels que les fragments cellulaires ou les antigènes protéiques doivent être dispersés de façon homogène dans une suspension, un polymère ou une encapsulation liposomale afin d'obtenir une formulation stable du vaccin. La sonication est éprouvée depuis longtemps pour préparer de fines dispersions 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, il faut une distribution uniforme de l'antigène dans tout le vaccin contenant de l'aluminium. La dispersion ultrasonique prépare des dispersions homogènes d'antigènes et d'adjuvants (par ex. Alhydrogel™).

Les homogénéisateurs ultrasoniques tels que l'UIP1000hdT sont utilisés pour diverses applications dans la fabrication de vaccins.

UIP1000hdT avec réacteur à ultrasons

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Lyse cellulaire & Extraction

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

Inactivation des agents pathogènes

bactéries Escherichia coli sont lysées de manière fiable en utilisant des homogénéisateurs à ultrasons de tissus.Les ultrasons de puissance sont utilisés pour perturber et tuer les microorganismes tels que les bactéries et les virus. Par exemple, la désactivation par ultrasons d'E. coli suivie d'une irradiation s'est avérée la technique la plus efficace 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 thermique et la stérilisation, 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 ; puisque l'intensité thermique et la durée sont significativement réduites, la dégradation thermique des composés thermosensibles (ex. protéines, antigènes). La stérilisation et la pasteurisation par ultrasons sont rentables, économes en énergie et respectueuses de l'environnement.

émulsions & suspensions

Emulsion double préparée par ultrasons, par exemple pour les produits pharmaceutiques.Les formulations vaccinales peuvent être constituées de mélanges eau-lipide. Comme les formulations de lipides aqueux ne sont pas miscibles, une émulsion fine doit être préparée en surmontant les gouttelettes.’ tension superficielle ou à l'aide d'un agent tensioactif. L'émulsification ultrasonique est une technique bien établie pour la formulation de Nano-émulsions / mini-émulsions, doubles émulsions, et Émulsions de Pickering. Par exemple, les lipopeptides insolubles dans l'eau peuvent être mis en suspension par ultrasons avec un antigène à un rapport de 1:1 (p/p) dans une solution aqueuse.
De plus, la sonication est appliquée afin de réduire les agrégats cellulaires et de répartir uniformément la cellule unique dispersée dans la suspension.

Les ultrasons sont utilisés pour produire des vaccins (Cliquez pour agrandir !)

Réacteur en verre à ultrasons

Adjuvants et agents de conservation

Les vaccins contiennent généralement un ou plusieurs adjuvants utilisés pour stimuler la réponse immunitaire. Par ultrasonication, les microfibres adjuvantes sont démêlées et dispersées de façon homogène afin d'améliorer la liaison des protéines à la surface. Les systèmes adjuvants à base d'émulsion sont largement utilisés dans le développement et la formulation de vaccins. De tels systèmes adjuvants à base d'émulsion peuvent être formulés à l'aide de divers types d'émulsion tels que les émulsions huile-dans-eau (H/E), eau-dans-huile (H/E), eau-dans-huile-dans-eau (H/E) ou émulsions stabilisées par des protéines.
De plus, des agents de conservation sont ajoutés pour prévenir la contamination du vaccin par des bactéries ou des champignons. Les conservateurs peuvent être utilisés à différents stades de la production des vaccins.
L'utilisation d'homogénéisateurs ultrasoniques favorise un mélange et une dispersion plus uniformes et plus fins et est 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, sous-cutanée et constituent une méthode d'administration du vaccin et un adjuvant avantageux, qui pourraient améliorer l'administration ciblée et réduire la toxicité des antigènes piégés. La sonication est une technique fiable pour encapsuler les composés actifs dans des formulations liposomales. En savoir plus sur la formulation ultrasonique des liposomes !
Pour formuler un vaccin vétérinaire contre la maladie de Newcastle, Zhao et al (2011) ont préparé une petite vésicule unilamellaire (SUV) phosphatidylcholine/cholestérol sous 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 lymphocytes T et B.

dégazage

Lors de la production de vaccins et de produits pharmaceutiques et avant le conditionnement, les vaccins et les liquides tels que suspensions, solutions, émulsions et formulations finales doivent être dégazés. Lors de l'étape de dégazage/désaération, des bulles de gaz (p. ex. oxygène, dioxyde de carbone, qui sont emprisonnés dans le liquide, sont éliminées. Les ondes ultrasonores 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 au récipient de sonication. Le dégazage assisté par ultrasons est une technique de dégazage facile et rapide des suspensions aqueuses.

Croissance cellulaire

L'agitation par ultrasons pendant l'inoculation (le processus d'introduction de micro-organismes dans un milieu de culture) peut augmenter la croissance des cultures cellulaires. L'intensité de la sonication, la température et le temps de rétention dans les bioréacteurs à ultrasons de Hielscher peuvent être réglés avec précision en fonction du type de cellule et de ses exigences.
Par exemple, une légère sonication peut être appliquée pour augmenter l'absorption de glucose par les cellules et favoriser ainsi la croissance des cultures et des suspensions cellulaires. L'échographie est connue pour augmenter la perméabilité des cellules, ce qui, à son tour, peut améliorer l'échange de nutriments et de déchets, ce qui mène à une meilleure production de vaccins. Ainsi, le temps de production du vaccin peut être raccourci et/ou le rendement des protéines utilisées comme vaccins peut être augmenté.

Hielscher Ultrasonics’ Pharma-Réacteurs

Hielscher Ultrasons est spécialisée dans la production de systèmes ultrasoniques de haute puissance et de bioréacteurs sono pour la mise en œuvre en R&D et la production industrielle de produits pharmaceutiques (p. ex. vaccins, API)
Réacteur fermé à production discontinue de produits pharmaceutiquesLa sonication peut s'appliquer aux récipients ouverts, réacteurs fermés et des réacteurs à circulation continue. Toutes les parties des systèmes à ultrasons qui entrent en contact avec le milieu liquide sont en acier inoxydable, en titane ou en verre. Les pièces autoclavables et les équipements sanitaires assurent 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 du processus permet de s'assurer que reproductibilité et normalisation de la production.
Hielscher Ultrasonics’ Processeur à ultrasons industrielsont très fiables et peuvent être contrôlés avec précision. Tous les ultrasons industriels peuvent être réglés pour fournir une gamme complète d'amplitudes allant des plus faibles aux plus élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement utilisées en continu 24h/24 et 7j/7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. La robustesse des systèmes à ultrasons de Hielscher permet de fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des environnements difficiles et exigeants.

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Littérature / Références



Qu'il faut savoir

Principe de fonctionnement des ultrasons de puissance : Cavitation acoustique

La cavitation ultrasonore / acoustique crée des forces très intenses qui ouvrent les parois cellulaires connues sous le nom de lyse (Cliquez pour agrandir !)

L'extraction par ultrasons est basée sur la cavitation acoustique et ses forces de cisaillement hydrodynamiques.