חיסוני נגיף מבוססי תרבית תאים – פירוק תאים יעיל באמצעות סוניקציה
הסוניקטורים של Hielscher מאפשרים פירוק תאים והמסה של תרביות תאים שנדבקו בנגיף (למשל Vero) לצורך איסוף נגיפים בייצור חיסונים. נצלו ליזיס אמין ויעיל של תרביות תאים באמצעות סוניקציה בעלת ביצועים גבוהים!
פירוק תאים לצורך איסוף נגיפים בחיסונים מבוססי תרבית תאים
ייצור חיסונים מבוסס תרבית תאים, למשל בשורות התאים Vero, MDCK, EB66, CHO או PER.C6, מחייב שחזור של הנגיף מהתרבית בסוף מחזור ההדבקה. בהתאם לנגיף, חלק גדול מהנגיף שנאסף קשור לתאים, בין אם בתוך התא ובין אם קשור לקרום התא. לכן איסוף מלא ועדין תלוי בפירוק יעיל של התאים ובהמסה של מסת התאים. ליזיס אולטרסוני הוא שיטה אמינה ומבוססת מזה זמן רב לפירוק תאים ולשחרור שלאחר מכן של נגיפים, חלבונים נגיפיים, DNA ו-RNA. בטיפול בתרביות תאים שנדבקו בנגיף, סוניקציה – הפעלת אולטרסאונד בעוצמה גבוהה – פותחת את התאים, מנתקת חלקיקי נגיף מקרומים ומפסולת תאית וגורמת להומוגניזציה של האסף לתרחיף בר־שאיבה בעל צמיגות נמוכה, שאפשר להזין ישירות לתהליכי הבהרה, צנטריפוגה וכרומטוגרפיה.
כיצד פועלת הסוניקציה?
פירוק תאים באולטרסאונד מבוסס על כוחות מכניים בלבד. קביטציה אקוסטית יוצרת גזירה מקומית עזה וזרימה מיקרוסקופית שפורצות את קרומי התאים ומקדמות העברת מסה בין פנים התא לבין המדיום שמסביב.
מערכת אולטרסונית לייצור חיסונים: סוניקטור תעשייתי UIP2000hdT עם כור מנירוסטה
מהם היתרונות של פירוק תאים באולטרסאונד?
מנגנון פעולה זה מקנה לסוניקציה יתרון מכריע על פני ליזיס כימי: אין צורך בדטרגנטים, בליזוזים, בפרוטאינאז K או בריאגנטים אחרים לליזיס, העלולים לשנות את הליזט, להפריע לטיהור בהמשך התהליך או שיש להסירם לפני עיבוד נוסף. פירוק אנזימטי, לעומת זאת, דורש זמני דגירה ארוכים ולעיתים קרובות מניב תוצאות שאינן ניתנות לשחזור. מכיוון שאפשר להתאים את עוצמת הטיפול האולטרסוני בדיוק לדגימה הביולוגית, נמנעים מעיבוד יתר, מפירוק ומאובדן תפוקה.
השתמשו בסוניקציה כדי:
- לפרק ולבצע ליזיס של תאים שנדבקו בנגיף בתרביות דבקות ובתרביות תרחיף
- לשחרר חלקיקי נגיף תוך־תאיים וחלקיקים הקשורים לקרום
- להמיס את מסת התאים ולהפחית את צמיגות האסף
- לבצע הומוגניזציה ופירוק גושים של פסולת תאית כדי להקל על ההבהרה
- לפזר צברי נגיפים לתרחיף אחיד
- להשבית פתוגנים באמפליטודה, בלחץ ובזמן חשיפה מוגדרים
- להגביר שלבי ליזיס מבוססי דטרגנט או אנזים במקום שבהם הם נדרשים
פירוק תאים אולטרסוני בקנה מידה תעשייתי: סוניקטור UIP6000hdT עם תא זרימה מנירוסטה לעיבוד רציף של תרביות תאים שנדבקו בנגיף.
סוניקטור UP400St עם תא זרימה FC22K לפירוק תאים ברצף (אין־ליין)
מדוע כדאי להשתמש בסוניקציה לאיסוף נגיפים?
תרשים של עיבוד ברצף (אין־ליין) של בולק רוטה־וירוס חד־ערכי. החומר הבולקי עובד באופן אספטי ישירות מכלי התרבית (CF-10), הועבר באמצעות משאבה פריסטלטית דרך תא זרימה של סוניקטור כדי לפרק כל פסולת תאית שנותרה. לאחר מכן החומר שעבר סוניקציה הובהר בסינון לפני שהוכנס למכל ביניים לייצוב.
המחקר והתמונה: Langston et al., 2026.
יתרונות
- ניתן לכוונון מדויק לתהליך
- ליזיס מכני בלבד וללא כימיקלים
- עיבוד נקי והיגייני, תאי זרימה תואמי CIP/SIP
- יכולת שחזור גבוהה עם רישום נתונים אוטומטי
- הגדלת קנה מידה ליניארית ממעבדה לייצור
- הפעלה קלה ובטוחה, שליטה מרחוק דרך דפדפן
- ציוד אמין ועמיד לעבודה 24/7
- יעילות אנרגטית גבוהה, כ-80–90% מהשקע בקיר אל תוך הנוזל
הגדרת תהליך אופיינית לאיסוף נגיפים
- איסוף וריכוז. שחזרו את תרבית התאים שנדבקה (מרק האיסוף, גרידת תאים מביו־ריאקטורים בעלי מצע קבוע או חד־פעמיים, או גלולת תאים שהופרדה בצנטריפוגה והוחזרה לתרחיף במאגר).
- התניה. כוונו את המאגר, ה-pH והטמפרטורה. סוניקציה גם משפרת את הערבוב וההמסה של רכיבי מאגר הליזיס אם נעשה שימוש בשלב בסיוע מאגר או דטרגנט.
- פירוק אולטרסוני. העבירו את התרחיף דרך תא זרימה עם מעטפת ובקרת טמפרטורה (מחזור חוזר לעבודה בקבוצות, מעבר יחיד או מעברים מרובים לעיבוד רציף ברצף). כוונו את האמפליטודה וזמן השהייה למינימום המשיג את קצב הפירוק הרצוי, כך שהאנטיגנים הנגיפיים נשמרים.
- השבתה אופציונלית. הפעילו אמפליטודה גבוהה יותר, לחץ מוגבר וחשיפה ארוכה יותר, או תרמו־סוניקציה, להשבתת פתוגנים בהתאם לאסטרטגיית החיסון.
- המשך התהליך. הבהירו, סרכזו ו/או סננו את הליזט ההומוגני שצמיגותו נמוכה כעת, ולאחר מכן בצעו כרומטוגרפיה, ריכוז ופורמולציה.
לאחר האיסוף: פורמולציה באותה טכנולוגיה
אותה פלטפורמה של Hielscher המפרקת את התאים מטפלת גם בשלבי הפורמולציה של החיסון. פיזור ופירוק גושים באולטרסאונד מפיקים תרחיפים אחידים של אנטיגנים, כולל שברי תאים ואנטיגנים חלבוניים, בפולימרים או בהכמסות ליפוזומליות. אדג'ובנטים מבוססי אלומיניום, כגון Alhydrogel™, מורכבים מחלקיקים ראשוניים זעירים המצטברים בקלות; פיזור אולטרסוני מספק את הפיזור ההומוגני של אנטיגנים ואדג'ובנט הנדרש לשילוב מוצלח. סוניקטורים של Hielscher משמשים גם לפורמולציה של תרופות וחיסונים בליפוזומים ובנשאים ננו־מבניים כגון חלקיקי שומן מוצקים, עם שליטה מדויקת בגודל הנשא, העמסת תרופה משופרת ויציבות משופרת. הוצאת גזים מהתרחיף המוגמר לפני מילוי בבקבוקונים או במזרקים היא שלב אולטרסוני סטנדרטי נוסף.
פרטים נוספים כאן: אולטרסאונד לייצור חיסונים.
בטוח, נקי ומוכן לייצור מוסדר
- חלקים הבאים במגע עם הנוזל מטיטניום או מנירוסטה, ניתנים לעיקור באוטוקלב
- זמינים כורי תא זרימה תואמי CIP/SIP
- מארזים מפלסטיק אנטיבקטריאלי או מנירוסטה להתקנה בחדר נקי
- תיעוד תהליך אוטומטי עם זיהוי שינויים או התערבות לא מורשית בכרטיס SD/USB
- הפעלה רציפה 24/7, תחזוקה נמוכה, ללא קירור מאולץ
- ללא חרוזים מתכלים, ללא תאי טחינה, ללא זיהום צולב בין אצוות
תכנון, ייצור וייעוץ – איכות שנוצרה בגרמניה
מכשירי האולטרסאונד של Hielscher ידועים בסטנדרטים הגבוהים ביותר של איכות ועיצוב. עמידות וקלות הפעלה מאפשרות שילוב חלק של המכשירים שלנו במתקנים תעשייתיים. תנאים קשים וסביבות תובעניות מטופלים בקלות על ידי מכשירי האולטרסאונד של Hielscher.
Hielscher Ultrasonics היא חברה בעלת תעודת ISO ומשימה דגש מיוחד על מכשירי אולטרסאונד בעלי ביצועים גבוהים המצוידים בטכנולוגיה מתקדמת ובנוחות שימוש. כמובן, מכשירי האולטרסאונד של Hielscher תואמי CE ועומדים בדרישות UL, CSA ו-RoHs.
התקנה של 2 יחידות UIP1000hdT (כל אחת 1kW, 20kHz) לייצור תרופות
שאלות נפוצות על פירוק תאים באולטרסאונד לייצור חיסונים מבוססי נגיף
מהו פירוק תאים באולטרסאונד?
פירוק תאים באולטרסאונד משתמש באולטרסאונד בעוצמה גבוהה, בדרך כלל בטווח של 20 עד 30 kHz, כדי לפרוץ את קרומי התאים ולשחרר חומר תוך־תאי. גלי אולטרסאונד בהספק גבוה יוצרים בועות קביטציה בנוזל. כאשר בועות אלה קורסות, הן יוצרות כוחות גזירה מקומיים עזים וזרימה מיקרוסקופית שמפרקים את התאים באופן מכני ומקדמים העברת מסה בין פנים התא לבין המדיום שמסביב. בייצור חיסונים משתמשים בכך לביצוע ליזיס של תרביות תאים שנדבקו בנגיף ולשחרור חלקיקי נגיף תוך־תאיים והקשורים לקרום אל האסף.
מדוע להשתמש בסוניקציה במקום בליזיס כימי או אנזימטי לאיסוף נגיפים?
סוניקציה פועלת בכוחות מכניים בלבד. אין צורך בדטרגנטים, בליזוזים, בפרוטאינאז K או בריאגנטים אחרים לליזיס, העלולים לשנות את הליזט, להפריע לטיהור בהמשך התהליך או שיש להסירם לפני עיבוד נוסף. ריאגנטים כימיים דורשים בדרך כלל הכנה רב־שלבית וממושכת כדי למנוע עיכוב של בדיקות מאוחרות יותר ושל שלבי עיבוד המשך אחרים. פירוק אנזימטי דורש זמני דגירה ארוכים ולעיתים קרובות מניב תוצאות שאינן ניתנות לשחזור. ליזיס אולטרסוני גם חופף את שלבי ההחזרה לתרחיף, הפירוק והמיצוי לפעולה רציפה אחת. במקום שבו התהליך שלכם דורש שלב בסיוע דטרגנט או אנזים, הסוניקציה מגבירה אותו ואינה מחליפה אותו: קביטציה מחלישה קרומים ומשפרת את החשיפה האחידה של כל התאים לריאגנט.
כיצד סוניקציה משתווה לשיטות הומוגניזציה מכניות?
סוניקטורים מסוג גשוש מעבירים אנרגיה אולטרסונית ישירות וביעילות, מכיוון שהסונוטרודה נמצאת במגע ישיר עם הדגימה. טכניקות הומוגניזציה מונעות מכנית מביאות לעיתים קרובות ליעילות נמוכה יותר של העברת אנרגיה. עיבוד אולטרסוני אינו זקוק לחרוזי טחינה מתכלים או לאטמים מסתובבים בזרם המוצר, לא לצנרת או לתאים שעלולים להיסתם במסת תאים צמיגה, ואין זיהום צולב בין אצוות.
האם סוניקציה עלולה לפגוע בנגיף או באנטיגן?
זוהי משימת האופטימיזציה המרכזית, והיא ניתנת לשליטה. באמצעות כוונון פרמטרי העיבוד האולטרסוני ניתן לשלוט בדיוק בהשפעות הסוניקציה: אמפליטודה נמוכה וסוניקציה קצרה בעלות השפעות עדינות מאוד, ואילו אמפליטודות גבוהות, לחץ מוגבר ומשך סוניקציה ארוך יותר מביאים לעיבוד אינטנסיבי. מכיוון שאפשר להתאים את העוצמה בדיוק לדגימה הביולוגית, נמנעים מעיבוד יתר, מפירוק ומאובדן תפוקה. בפועל, האמפליטודה, זמן השהייה ומספר המעברים נקבעים למינימום המשיג את קצב הפירוק הרצוי, תוך ניטור טמפרטורה רציף וקירור.
האם טיפול אולטרסוני מפחית את צמיגות האסף?
כן. אסופים צפופים בצפיפות תאים גבוהה הם צמיגים וקשים לשאיבה בגלל DNA משוחרר ולא מפורק של תאי המאכסן. טיפול אולטרסוני גוזר ומפרק DNA ו-RNA, וממיס את מסת התאים ומפרק גושים של פסולת תאית. התוצאה היא תרחיף הומוגני ובר־שאיבה המזין את ההבהרה, הצנטריפוגה והכרומטוגרפיה ביעילות רבה יותר. פירוק DNA ו-RNA באמצעות סוניקציה מבוקרת הוא יישום מעבדתי מבוסס של אותה טכנולוגיה.
האם אפשר להפעיל את התהליך במצב רציף ברצף (אין־ליין)?
כן. הסוניקטורים של Hielscher מתוכננים לפעולה רציפה 24/7 בסביבות תעשייתיות וניתן להגדיר אותם עם תאי זרימה וכורים לסוניקציה רציפה ברצף, ללולאות מחזור חוזר או לשילוב במערכות ייצור על מזחלות ובקווי עיבוד. אפשרית הן פעולה במעבר יחיד והן פעולה במעברים מרובים.
כיצד מגדילים קנה מידה ממעבדה לייצור?
באופן ליניארי, על בסיס אנרגיה מוזנת הניתנת למדידה. את כל תוצאות הסוניקציה שהושגו עם הומוגנייזר אולטרסוני של Hielscher ניתן להגדיל באופן ליניארי לתפוקות גבוהות יותר בייצור תעשייתי; ניתן להעביר פרמטרי סוניקציה שפותחו עם סוניקטור שולחני ישירות למערכות גדולות יותר של Hielscher. קריטריון הגדלת קנה המידה הוא האנרגיה הסגולית המוזנת ליחידת נפח, יחד עם האמפליטודה, זמן השהייה והטמפרטורה. הייעוץ התהליכי של Hielscher כולל המלצות לאופטימיזציה של פרמטרים (אמפליטודה, אנרגיה סגולית E/V, זמן שהייה, בקרת טמפרטורה ולחץ) הקשורות לאנרגיה מוזנת הניתנת למדידה.
האם פירוק תאים באולטרסאונד מתאים לחדר נקי ולייצור בסגנון GMP?
ניתן להתקין בקלות את מכשירי האולטרסאונד של Hielscher במעבדות חדר נקי ובמתקני ייצור. המארזים עשויים מפלסטיק אנטיבקטריאלי או מנירוסטה. כל החלקים הבאים במגע עם הנוזל, כגון סונוטרודות ותאי זרימה, עשויים מטיטניום או מנירוסטה וניתן לעקרם באוטוקלב. זמינים כורי תא זרימה מיוחדים העומדים בדרישות מתקדמות של CIP (ניקוי במקום) ו-SIP (עיקור במקום). הממיר של סדרת UIP התעשייתית מדורג IP64 וניתן להתקינו בסביבות תובעניות בעוד שהגנרטור ממוקם מרחוק. מכיוון שסוניקטורים של Hielscher ממירים אנרגיה חשמלית לתנודה מכנית ביעילות גבוהה מאוד של כ-80–90% מהשקע בקיר אל תוך הנוזל, ניתן לשלב את הממיר במארזים סגורים ללא תריסים, ואין צורך בקירור מאולץ כגון אוויר דחוס או מים. משמעות הדבר היא גם שאף חומר קירור אינו בא במגע עם התהליך. תיעוד תהליך אוטומטי תומך בעקיבות ובשחזוריות בייצור מוסדר.
האם סוניקציה יכולה גם להשבית את הנגיף לצורך חיסון מושבת?
כן. לאולטרסאונד בהספק גבוה יש שימוש בהשבתת פתוגנים כגון חיידקים ונגיפים. עם מינון ועוצמה מתאימים של סוניקציה ניתן לטפל בתאים ובמיקרובים בהתאם ליעד התהליך, כך שאותה פלטפורמה משמשת הן לליזיס לצורך איסוף והן להשבתה. השילוב של סוניקציה וחום, המכונה תרמו־סוניקציה, מציע קצב עיקור מהיר יותר בעוצמה תרמית ובמשך נמוכים משמעותית, מה שמועיל לשימור תרכובות רגישות לחום כגון חלבונים ואנטיגנים. השבתה אולטרסונית משמשת בדרך כלל בשילוב עם כימיית השבתה מבוססת, ויש לתקף את קינטיקת ההשבתה המלאה עבור כל נגיף ספציפי.
האם אפשר להשתמש באותה מערכת לשלבי הפורמולציה לאחר האיסוף?
כן. אותה פלטפורמה מטפלת בפיזור אנטיגנים בתרחיפים, בפולימרים או בהכמסות ליפוזומליות, בפירוק גושים ובפיזור אחיד של אנטיגנים ואדג'ובנטים מבוססי אלומיניום כגון Alhydrogel™, בפורמולציה של חיסונים בליפוזומים ובחלקיקי שומן מוצקים עם שליטה מדויקת בגודל הנשא, ובשלב הוצאת הגזים לפני המילוי בבקבוקונים או במזרקים.
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 אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים מגודל מעבדה ועד גודל תעשייתי.