חיסונים נגיפיים המבוססים על תרבית תאים – פירוק תאים יעיל באמצעות סוניקציה
מכשירים סוניקטוריים של Hielscher מסייעים בפירוק תאים ובהפיכתן של תרבויות תאים הנגועות בנגיף (כגון Vero) לתמיסה, לצורך איסוף הנגיף בייצור חיסונים. נצלו את היתרונות של פירוק אמין ויעיל של תרבויות תאים באמצעות סוניקציה בעלת ביצועים גבוהים!
פירוק תאים לצורך הפקת נגיפים בחיסונים המבוססים על תרבית תאים
ייצור חיסונים המבוסס על תרבית תאים, למשל בקווי תאים מסוג Vero, MDCK, EB66, CHO או PER.C6, מחייב מיצוי הנגיף מהתרבית בתום מחזור ההדבקה. בהתאם לסוג הנגיף, חלק גדול מהנגיפים שנאספו קשורים לתאים, בין אם בתוך התא ובין אם קשורים לקרום התא. לפיכך, איסוף מלא ועדין תלוי בפירוק יעיל של התאים ובהמסת מסת התאים. פירוק אולטראסוני הוא שיטה אמינה ומוכחת מזה זמן רב לפירוק תאים ושחרור הנגיפים, החלבונים הנגיפיים, ה-DNA וה-RNA שלאחריו. טיפול בתרבויות תאים הנגועות בנגיף, סוניקציה – השימוש באולטרסאונד בעוצמה גבוהה – פותח את התאים, מפריד את חלקיקי הנגיף מהקרומים ומשאריות התאים, ומערבב את התוצר הסופי לתמיסה הניתנת לשאיבה ובעלת צמיגות נמוכה, שניתן להעביר ישירות לתהליכי הבהרה, צנטריפוגה וכרומטוגרפיה.
איך סוניקציה עובדת?
פירוק תאים באמצעות אולטרסאונד מבוסס על כוחות מכניים גרידא. קוויטציה אקוסטית יוצרת גזירה מקומית עזה וזרמים מיקרוסקופיים, אשר מפרקים את קרום התאים ומסייעים להעברת מסה בין פנים התא לסביבה.
מערכת ייצור חיסונים אולטראסונית: סוניקטור תעשייתי UIP2000hdT עם כור מנירוסטה
מהם היתרונות של פירוק תאים באמצעות אולטרה-סאונד?
מנגנון פעולה זה מעניק לטיפול באולטרסאונד יתרון מכריע על פני ליזיס כימי: אין צורך בדטרגנטים, בליזוזים, פרוטאז K או חומרי תגובה אחרים לליזיס, העלולים לשנות את תוצר הליזיס, להפריע לתהליכי הטיהור הבאים או שיש להסירם לפני המשך העיבוד. לעומת זאת, פירוק אנזימטי מצריך זמני דגירה ארוכים ולעתים קרובות מניב תוצאות שאינן ניתנות לשחזור. מכיוון שניתן להתאים את עוצמת הטיפול האולטראסוני בדיוק לדגימה הביולוגית, נמנעים עיבוד יתר, פירוק ואובדן תפוקה.
יש להחיל את הטיפול באולטרסאונד על:
- לשבש ולפרק תאים הנגועים בנגיף בתרבויות צמודות ובתרבויות בתמיסה
- לשחרר חלקיקי נגיף תאיים וקשורים לקרום
- להמיס את מסת התאים ולהפחית את צמיגות התוצר
- להומוגניזציה ופירוק גושי שאריות תאים כדי להקל על ההבהרה
- לפזר את ריכוזי הנגיפים לתמיסה אחידה
- לנטרל פתוגנים בעוצמה, בלחץ ובזמן חשיפה מוגדרים
- להגביר את שלבי הפירוק המבוססים על חומרי ניקוי או אנזימים, כאשר הדבר נדרש
פירוק תאים באמצעות אולטרסאונד בקנה מידה תעשייתי: Sonicator UIP6000hdT עם תא זרימה מפלדת אל-חלד לעיבוד רציף של תרבויות תאים הנגועות בנגיף.
סוניק UP400St עם תא זרימה FC22K לפירוק תאים תוך כדי זרימה
מדוע כדאי להשתמש באולטרסאונד לצורך איסוף נגיפים?
תרשים של עיבוד מקביל של חומר גלם חד-ערכי של נגיף הרוטה. החומר הגולמי עבר עיבוד ספטטי ישירות מכלי התרבית (CF-10), הועבר באמצעות משאבה פריסטלטית דרך תא זרימה עם מכשיר סוניקציה כדי לפרק כל שאריות תאיות שנותרו. לאחר מכן, החומר שעבר סוניקציה עבר סינון לטיהור לפני שהועבר למיכל ביניים לצורך ייצוב.
מחקר ותמונה: לנגסטון ואח', 2026.
יתרונות
- ניתן להתאמה מדויקת לתהליך
- ליזיס ללא חומרים כימיים, מכני בלבד
- נקי & עיבוד היגייני, תאי זרימה התואמים ל-CIP/SIP
- בעל רמת שחזור גבוהה עם רישום נתונים אוטומטי
- סקייל-אפ ליניארי ממעבדה לייצור
- קל & פעולה בטוחה, שליטה מרחוק בדפדפן
- אמין & ציוד עמיד המיועד לפעולה 24 שעות ביממה, 7 ימים בשבוע
- יעילות אנרגטית גבוהה, כ-80–90% מההספק החשמלי המוזרם לשלב הנוזלי
תהליך טיפוסי להפקת נגיפים
- לקטוף ולהתרכז. יש לאסוף את תרבית התאים הנגועה (תמיסת תרבית, תאי גירוד ממערכות ביו-ריאקטור עם מיטה קבועה או חד-פעמיות, או משקע תאים שעבר צנטריפוגה והוחזר לתמיסה במאגר).
- מצב. יש לכוון את תמיסת המחסום, את רמת ה-pH ואת הטמפרטורה. הטיפול באולטרסאונד משפר גם את הערבוב וההמסה של מרכיבי תמיסת הליזיס, אם נעשה שימוש בשלב המסתמך על תמיסת מחסום או חומר ניקוי.
- פירוק באמצעות גלי קול. יש להעביר את התמיסה דרך תא זרימה בעל מעטפת ומבוקר טמפרטורה (במעגל סגור לעיבוד אצווה, במעבר אחד או במספר מעברים לעיבוד רציף בקו הייצור). יש להגדיר את משרעת התנודה ואת זמן השהייה למינימום הדרוש להשגת קצב הפירוק הרצוי, כך שיישמרו האנטיגנים הנגיפיים.
- השבתה אופציונלית. יש להשתמש במשרעת גבוהה יותר, בלחץ מוגבר ובחשיפה ממושכת יותר, או בשיטת "תרמו-סוניקציה", לשם השבתת הפתוגנים בהתאם לאסטרטגיית החיסון.
- במורד הזרם. יש לנקות, לסובב בצנטריפוגה ו/או לסנן את התוצר המפורק ההומוגני, שצמיגותו נמוכה כעת, ולאחר מכן לבצע כרומטוגרפיה, ריכוז והכנה לתכשיר.
לאחר הקציר: ייצור באמצעות אותה הטכנולוגיה
אותה פלטפורמה של Hielscher המשמשת לפירוק התאים מטפלת גם בשלבי הכנת החיסון. פיזור ופירוק אגרגטים באמצעות אולטרסאונד מייצרים תמיסות אחידות של אנטיגנים, לרבות שברי תאים ואנטיגנים חלבוניים, בתוך פולימרים או קפסולות ליפוזומליות. חומרים עזרים מבוססי אלומיניום, כגון Alhydrogel™, מורכבים מחלקיקים ראשוניים זעירים הנוטים להתאגד בקלות; פיזור אולטראסוני מספק את הפיזור ההומוגני של האנטיגנים והחומר העזר הנדרש לשילוב מוצלח. מכשירים אולטראסוניים של Hielscher משמשים בנוסף לפיתוח תרופות וחיסונים בתוך ליפוזומים ונשאים בעלי מבנה ננו-מטרי, כגון חלקיקים ננו-שומניים מוצקים, תוך שליטה מדויקת בגודל הנשא, שיפור העמסת התרופה ויציבות משופרת. פינוי גזים מהתמיסה המוגמרת לפני מילוי בקבוקונים או מזרקים הוא שלב אולטראסוני סטנדרטי נוסף.
קבלו פרטים נוספים כאן: שימוש באולטראסוניקה לייצור חיסונים.
בטוח, נקי ומפוקח – מוכן לייצור
- חלקים הבאים במגע עם נוזלים עשויים טיטניום או נירוסטה, ניתנים לעיקור באוטוקלאב
- ניתן להשיג כורים עם תא זרימה התואמים ל-CIP/SIP
- מארזים מפלסטיק אנטיבקטריאלי או מפלדת אל-חלד להתקנה בחדר נקי
- תיעוד תהליך אוטומטי, הכולל סימן זיהוי חבלה, על כרטיס SD/USB
- פעולה רציפה 24/7, תחזוקה מועטה, ללא קירור מאולץ
- ללא חרוזים מתכלים, ללא תאי טחינה, ללא זיהום צולב בין אצוות
תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה
Hielscher ultrasonicators ידועים באיכות הגבוהה ביותר שלהם סטנדרטים עיצוב. חוסן ותפעול קל מאפשרים שילוב חלק של האולטרסאונד שלנו במתקנים תעשייתיים. תנאים קשים וסביבות תובעניות מטופלים בקלות על ידי אולטרסוניקטורים Hielscher.
Hielscher Ultrasonics היא חברה מוסמכת ISO לשים דגש מיוחד על ultrasonicators ביצועים גבוהים שמציעות טכנולוגיה חדישה וידידותיות למשתמש. כמובן, Hielscher ultrasonicators הם תואמי CE ולעמוד בדרישות של UL, CSA ו RoHs.
התקנה של 2x UIP1000hdT (כל אחד 1 קילוואט, 20 קילוהרץ) לייצור תרופות
שאלות נפוצות בנושא פירוק תאים באמצעות אולטרסאונד לייצור חיסונים מבוססי נגיפים
מהו פירוק תאים באמצעות אולטרה-סאונד?
פירוק תאים באמצעות אולטרסאונד עושה שימוש בגלי קול בעוצמה גבוהה, בדרך כלל בטווח של 20 עד 30 קילוהרץ, כדי לפרוץ את קרום התאים ולשחרר את החומר התאי. גלי קול בעלי עוצמה גבוהה יוצרים בועות קוויטציה בנוזל. כאשר בועות אלה מתפוצצות, הן מייצרות כוחות גזירה מקומיים עזים ומיקרו-זרמים, אשר מפרקים את התאים באופן מכני ומקדמים העברת מסה בין פנים התא לסביבה. בייצור חיסונים, שיטה זו משמשת לפירוק תרבויות תאים הנגועות בנגיף ולשחרור חלקיקי נגיף תאיים וקשורים לקרום לתוך התוצר הסופי.
מדוע להשתמש באולטרסאונד במקום בליזה כימית או אנזימטית לצורך הפקת נגיפים?
הסוניקציה פועלת באמצעות כוחות מכניים גרידא. אין צורך בחומרי ניקוי, בליזוזים, פרוטאז K או חומרי תגובה אחרים לתהליך הליזה, העלולים לשנות את תכולת התוצר, להפריע לתהליכי הטיהור הבאים או לדרוש הסרה לפני המשך העיבוד. חומרים כימיים דורשים בדרך כלל הכנה רב-שלבית וארוכה כדי למנוע עיכוב של בדיקות עוקבות ושלבי עיבוד נוספים. פירוק אנזימטי דורש זמני דגירה ארוכים ולעתים קרובות מספק תוצאות שאינן ניתנות לשחזור. הליזה אולטראסונית גם משלבת את שלבי ההשעיה מחדש, הפירוק והמיצוי לתוך פעולה רציפה אחת. כאשר התהליך שלכם דורש שלב המסתמך על חומר ניקוי או אנזים, הסוניקציה מעצימה אותו במקום להחליפו: הקוויטציה מחלישה את הממברנות ומשפרת את החשיפה האחידה של כל התאים לחומר התגובה.
כיצד ניתן להשוות את השיטה של טיפול באולטרסאונד לשיטות ההומוגניזציה המכניות?
מכשירים מסוג "סוניקטור" עם חיישן מעבירים אנרגיית אולטרה-סאונד באופן ישיר ויעיל, מכיוון שהסונוטרוד נמצא במגע ישיר עם הדגימה. טכניקות הומוגניזציה המונעות מכנית מובילות לעתים קרובות ליעילות העברת אנרגיה נמוכה יותר. עיבוד אולטראסוני לא מצריך שימוש בחרוזי טחינה מתכלים או אטמים מסתובבים בזרם המוצר, אין צורך בחרירים או בתאים העלולים להיסתם על ידי מסת תאים צמיגה, ואין זיהום צולב בין אצוות.
האם טיפול באולטרסאונד עלול לפגוע בנגיף או באנטיגן?
זוהי משימת האופטימיזציה המרכזית, והיא ניתנת לשליטה. באמצעות התאמת הפרמטרים של העיבוד הקולי, ניתן לשלוט באופן מדויק בהשפעות הטיפול הקולי: משרעת נמוכה ומשך טיפול קצר מביאים לתוצאות עדינות מאוד, בעוד שמשרעת גבוהה, לחץ מוגבר ומשך טיפול ארוך יותר מובילים לעיבוד אינטנסיבי. מכיוון שניתן להתאים את העוצמה בדיוק לדגימה הביולוגית, נמנעים מעיבוד יתר, פירוק ואובדן תפוקה. בפועל, המשרעת, זמן השהייה ומספר המעברים נקבעים למינימום הדרוש להשגת קצב הפירוק הרצוי, תוך ניטור טמפרטורה וקירור רציפים.
האם טיפול באולטרסאונד מפחית את צמיגות התוצרת?
כן. תוצרי קציר צפופים בעלי צפיפות תאים גבוהה הם צמיגים וקשים לשאיבה בשל שחרורו של DNA של תאי המארח, שאינו מפורק. הטיפול האולטראסוני חותך ומפרק את ה-DNA וה-RNA, וממיס את מסת התאים ומפרק את גושי שאריות התאים. התוצאה היא תמיסה הומוגנית הניתנת לשאיבה, המאפשרת תהליכי הבהרה, צנטריפוגה וכרומטוגרפיה ביעילות רבה יותר. פירוק ה-DNA וה-RNA באמצעות סוניקציה מבוקרת הוא יישום מעבדתי מבוסס היטב של אותה הטכנולוגיה.
האם ניתן להריץ את התהליך במצב רציף מובנה?
כן. מכשירי הסוניקציה של Hielscher מתוכננים לפעולה רציפה 24/7 בסביבות תעשייתיות, וניתן להגדיר אותם עם תאי זרימה וכורים לצורך סוניקציה רציפה תוך-תהליכית, לולאות מחזור או שילוב במתקני ייצור ובקווי עיבוד. ניתן לבצע הן פעולה במעבר יחיד והן פעולה במעברים מרובים.
כיצד ניתן לעבור מהמעבדה לייצור המוני?
באופן ליניארי, בהתבסס על קלט אנרגיה מדיד. כל תוצאות הטיפול הקולי המתקבלות באמצעות הומוגניזר קולי של Hielscher ניתנות להגדלה ליניארית לתפוקות גבוהות יותר בייצור תעשייתי; פרמטרי הטיפול הקולי שפותחו באמצעות מכשיר קולי שולחני ניתנים להעברה ישירה למערכות גדולות יותר של Hielscher. קריטריון ההרחבה הוא צריכת האנרגיה הספציפית לנפח, יחד עם המשרעת, זמן השהייה והטמפרטורה. הייעוץ התהליכי של Hielscher כולל המלצות לייעול הפרמטרים (משרעת, אנרגיה ספציפית E/V, זמן שהייה, טמפרטורה ובקרת לחץ) הקשורים לצריכת האנרגיה הניתנת למדידה.
האם פירוק תאים באמצעות אולטרסאונד מתאים לייצור בחדר נקי ובתקן GMP?
ניתן להתקין בקלות את מכשירי האולטראסוניק של Hielscher במעבדות בחדרים נקיים ובמתקני ייצור. המארזים עשויים מפלסטיק אנטיבקטריאלי או מפלדת אל-חלד. כל החלקים הבאים במגע עם נוזלים, כגון סונוטרודים ותאי זרימה, עשויים מטיטניום או מפלדת אל-חלד וניתנים לעיקור באוטוקלאב. קיימים כורים מיוחדים עם תאי זרימה העומדים בדרישות מתקדמות של CIP (ניקוי במקום) ו-SIP (סטריליזציה במקום). המתמר של סדרת ה-UIP התעשייתית מדורג בדרגת IP64 וניתן להתקנה בסביבות תובעניות, בעוד שהגנרטור ממוקם במרחק. מכיוון שהסוניקטורים של Hielscher ממירים אנרגיה חשמלית לתנודה מכנית ביעילות גבוהה מאוד של כ-80–90% משקע החשמל אל הנוזל, ניתן לשלב את המתמר בתוך מארזים סגורים ללא פתחי אוורור, ואין צורך בקירור מאולץ כגון אוויר דחוס או מים. משמעות הדבר היא גם שאף חומר קירור אינו בא במגע עם התהליך. תיעוד אוטומטי של התהליך תומך ביכולת מעקב ובשחזור בתהליך ייצור המפוקח על פי תקנות.
האם טיפול באולטרסאונד יכול גם להשבית את הנגיף לצורך ייצור חיסון מומת?
כן. אולטרסאונד עוצמתי משמש להשבתת פתוגנים כגון חיידקים ונגיפים. באמצעות מינון ועוצמת סוניקציה מתאימים, ניתן לטפל בתאים ובמיקרואורגניזמים בהתאם למטרת התהליך, כך שאותה פלטפורמה משמשת הן לפירוק תאים לצורך איסוף והן להשבתתם. השילוב של סוניקציה וחום, המכונה "תרמו-סוניקציה", מאפשר קצב חיטוי מהיר יותר תוך הפחתה משמעותית בעוצמת החום ובמשך החשיפה, דבר המהווה יתרון לשימור תרכובות רגישות לחום כגון חלבונים ואנטיגנים. השבתה באמצעות אולטרסאונד משמשת בדרך כלל בשילוב עם תהליכים כימיים מוכרים להשבתה, ויש לאמת את קינטיקת ההשבתה המלאה עבור כל נגיף ספציפי.
האם ניתן להשתמש באותה מערכת לשלבי ההכנה לאחר הקציר?
כן. אותה פלטפורמה מטפלת בפיזור אנטיגנים לתוך תמיסות, פולימרים או קפסולות ליפוזומליות, פירוק אגרגטים ופיזור אחיד של אנטיגנים וחומרים עזרים על בסיס אלומיניום כגון Alhydrogel™, ניסוח חיסונים לתוך ליפוזומים וננו-חלקיקים שומניים מוצקים עם שליטה מדויקת על גודל המנשא, ושלב פינוי הגזים לפני המילוי לבקבוקונים או למזרקים.
ספרות / מקורות
- Langston J. W.; Carroll M.; Whalen M. M.; Jaw, T. M.; Rojas L. V.; Hertel C. C.; Gote V., Balasundaram W.; Serbzhinzhskiy D.; Kapre S.; Olave, I. A. (2026): Novel non-aqueous rotavirus vaccine: Formulated for thermostability and easy administration. Human Vaccines & Immunotherapeutics, 22(1), 2026.
- Mohsen, M.O., Rothen, D., Balke, I. et al. (2021): Neutralization of MERS coronavirus through a scalable nanoparticle vaccine. npj Vaccines 6, 107 (2021).
- Mohsen M.O., Balke I., Zinkhan S. et al. (2022): A scalable and highly immunogenic virus-like particle-based vaccine against SARS-CoV-2. Allergy Vol 77, Issue 1; 2022. 243–257.
- Brittney Mott; Sanjay Thamake; Jamboor Vishwanatha; Harlan P. Jones (2013): Intranasal delivery of nanoparticle-based vaccine increases protection against S. pneumoniae. J Nanopart Res (2013) 15:1646.
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים מ המעבדה ל גודל תעשייתי.