Soluzioni a ultrasuoni per migliorare la produzione di vaccini

• La sonicazione viene utilizzata in varie fasi della preparazione dei vaccini: per la lisi cellulare, per omogeneizzare le sospensioni cellulari, per stimolare la crescita cellulare, per l'incapsulamento, per il legame delle proteine adiuvanti, ecc.
• I sonicatori Hielscher sono utilizzati nella produzione dell'antigene, nell'incapsulamento e nella formulazione, nonché nella fase di degassificazione prima del riempimento del vaccino in fiale o siringhe.
• Hielscher Ultrasonics è il vostro partner di lunga esperienza per sistemi a ultrasuoni affidabili nell'industria farmaceutica. Scoprite in quali fasi del processo di produzione dei vaccini può migliorare la vostra produzione!

Produzione di vaccini

Gli ultrasuoni possono essere utili in varie fasi della produzione di vaccini. Per produrre un vaccino, il primo passo è la preparazione dell'antigene stesso. A seconda del tipo di patogeno, il metodo di generazione dell'antigene è diverso: Mentre i virus vengono coltivati su cellule primarie come le uova di pollo (ad esempio, per l'influenza) o su linee cellulari continue come le cellule umane coltivate (ad esempio, per l'epatite A), i batteri vengono coltivati in bioreattori (ad esempio, Haemophilus influenzae tipo b). Le proteine ricombinanti, derivate da virus o batteri, possono essere coltivate anche in lieviti, batteri o colture cellulari. Quando l'antigene viene prodotto, deve essere rilasciato dalle cellule in cui è stato coltivato.
Può essere necessario inattivare un virus, senza che sia necessaria un'ulteriore purificazione. Le proteine ricombinanti richiedono numerose operazioni di ultrafiltrazione e cromatografia su colonna. A seconda della formulazione del vaccino, vengono aggiunti un adiuvante, agenti stabilizzanti e conservanti. Gli adiuvanti aumentano la risposta immunitaria dell'antigene, mentre gli stabilizzanti e i conservanti ne aumentano la durata di conservazione.
Durante la produzione di vaccini, la sonicazione può essere applicata in varie fasi. Essendo un metodo di lavorazione non termico, si evita la degradazione termica del materiale prezioso. Di seguito sono riportate le applicazioni più comuni in cui gli ultrasuoni migliorano la produzione di vaccini:

Dispersione degli antigeni

Antigeni come frammenti cellulari o antigeni proteici devono essere dispersi in modo omogeneo in una sospensione, in un polimero o in un incapsulamento liposomiale per ottenere una formulazione vaccinale stabile. La sonicazione è una tecnica collaudata da tempo per preparare dispersioni fini nella produzione di prodotti farmaceutici ed è quindi una tecnica consolidata nella moderna produzione di vaccini.
Gli adiuvanti a base di alluminio, composti da particelle primarie molto piccole, sono un tipo di adiuvante comunemente usato, che può essere facilmente aggregato in un'unità funzionante nelle formulazioni dei vaccini. Per combinare gli adiuvanti con gli antigeni, è necessaria una distribuzione uniforme dell'antigene nel vaccino contenente alluminio. La dispersione a ultrasuoni prepara dispersioni omogenee di antigeni e adiuvanti (ad es. Alhydrogel™).

lisi cellulare & estrazione

Gli antigeni prodotti dai microrganismi devono essere rilasciati dalla cellula microbica. La sonicazione è una tecnologia comprovata di lisi ed estrazione cellulare. Regolando i parametri di sonicazione, le cellule possono essere perforate o disgregate in modo che gli antigeni mirati diventino disponibili e possano essere isolati.

Inattivazione degli agenti patogeni

Gli ultrasuoni di potenza vengono applicati per distruggere e uccidere microrganismi come batteri e virus. Ad esempio, la disattivazione a ultrasuoni di E. coli seguita da irradiazione ha dimostrato di essere la tecnica più potente per la preparazione di un vaccino efficace contro la colibacillosi. [Melamed et al. 1991]
Le tecniche comunemente utilizzate per l'inattivazione microbica sono la pastorizzazione e la sterilizzazione termica, che si basano su una lunga esposizione ad alte temperature e spesso portano a un deterioramento delle proprietà funzionali indotto dal calore. Un trattamento combinato di sonicazione e calore (termosonorizzazione) può accelerare il tasso di sterilizzazione; poiché l'intensità e la durata del calore sono significativamente ridotte, la degradazione termica dei composti sensibili al calore (ad esempio proteine, antigeni). La sterilizzazione e la pastorizzazione a ultrasuoni sono efficienti in termini di costi, risparmio energetico e rispetto dell'ambiente.

Emulsioni & sospensioni

Le formulazioni di vaccini possono essere costituite da miscele acqua-lipidi. Poiché le formulazioni idrolipidiche sono immiscibili, è necessario preparare un'emulsione di dimensioni fini superando le goccioline’ tensione superficiale o utilizzando un tensioattivo. L'emulsionatura a ultrasuoni è una tecnica consolidata per formulare Nano-emulsioni / mini-emulsioni, doppie emulsioni e Emulsioni Pickering. Ad esempio, i lipopeptidi insolubili in acqua possono essere sospesi a ultrasuoni con l'antigene in rapporto 1:1 (peso/peso) in una soluzione acquosa.
Inoltre, viene applicata la sonicazione per ridurre gli aggregati cellulari e distribuire uniformemente le singole cellule disperse nella sospensione.

Coadiuvanti e conservanti

I vaccini contengono tipicamente uno o più adiuvanti, utilizzati per potenziare la risposta immunitaria. Con gli ultrasuoni, le microfibre di adiuvanti vengono districate e disperse in modo omogeneo, in modo da migliorare il legame delle proteine sulla superficie. I sistemi adiuvanti a base di emulsione sono ampiamente utilizzati nello sviluppo e nella formulazione dei vaccini. Tali sistemi adiuvanti a base di emulsione possono essere formulati utilizzando vari tipi di emulsione, come olio in acqua (o/w), acqua in olio (w/o), acqua in olio in acqua (w/o/w) o emulsioni stabilizzate con proteine.
Inoltre, i conservanti vengono aggiunti per prevenire la contaminazione del vaccino con batteri o funghi. I conservanti possono essere utilizzati in varie fasi della produzione dei vaccini.
L'uso di omogeneizzatori a ultrasuoni favorisce una miscelazione e una dispersione più omogenea e fine ed è quindi uno strumento affidabile per una produzione di vaccini più efficiente.

formulazione & incapsulamento liposomiale

I vaccini incapsulati in liposomi possono essere somministrati per via orale, intranasale, intramuscolare e sottocutanea e rappresentano un metodo di somministrazione del vaccino e un adiuvante vantaggioso, che potrebbe migliorare la somministrazione mirata e ridurre la tossicità degli antigeni intrappolati. La sonicazione è una tecnica affidabile per incapsulare composti attivi in formulazioni liposomiali. Leggete qui ulteriori informazioni sulla formulazione a ultrasuoni dei liposomi!
Per esempio, per formulare un vaccino veterinario contro la malattia di Newcastle, Zhao et al. (2011) hanno preparato piccole vescicole unilamellari (SUV) di fosfatidilcolina/colesterolo sottoposte a sonicazione. Il vaccino incapsulato a ultrasuoni ha mostrato una risposta immunitaria potenziata, titoli anticorpali IgG e IgM più elevati e una proliferazione delle cellule T e B.

Degassificazione di sospensioni farmaceutiche

Durante la produzione di vaccini e prodotti farmaceutici e prima del confezionamento, i vaccini e i liquidi come sospensioni, soluzioni, emulsioni e formulazioni finali devono essere degassati. Durante la fase di degassamento/disaerazione vengono eliminate le bolle di gas (ad es. ossigeno, anidride carbonica) intrappolate nel liquido. Le onde ultrasoniche favoriscono la coalescenza delle bolle di gas intrappolate nei liquidi. Le bolle coalizzate hanno una maggiore galleggiabilità e salgono sulla superficie del liquido. La rimozione delle bolle di gas può essere migliorata applicando un leggero vuoto al recipiente di sonicazione. Il degassamento assistito da ultrasuoni è una tecnica di disaerazione semplice e rapida delle sospensioni acquose.

Crescita cellulare intensificata

L'agitazione a ultrasuoni durante l'inoculazione (il processo di introduzione di microrganismi in un terreno di coltura) può aumentare la crescita delle colture cellulari. L'intensità della sonicazione, la temperatura e il tempo di ritenzione nei bioreattori a ultrasuoni Hielscher possono essere regolati esattamente in base al tipo di cellula e alle sue esigenze.
Ad esempio, una leggera sonicazione può essere applicata per aumentare l'assorbimento di glucosio da parte delle cellule e promuovere così la crescita di colture e sospensioni cellulari. È noto che gli ultrasuoni aumentano la permeabilità delle cellule, che a sua volta può migliorare lo scambio di sostanze nutritive/scarti, portando così a una maggiore produzione di vaccini. In questo modo, è possibile ridurre i tempi di produzione del vaccino e/o aumentare la resa delle proteine utilizzate come vaccino.

Hielscher Ultrasuoni Reattori per il settore farmaceutico

Hielscher Ultrasonics è specializzata nella produzione di sistemi ad ultrasuoni ad alta potenza e di sono-bioreattori per l'implementazione in R&D e la produzione industriale di prodotti farmaceutici (ad es. vaccini, API).
La sonicazione può essere applicata a recipienti aperti, reattori chiusi e reattori a flusso continuo. Tutte le parti dei sistemi a ultrasuoni, che entrano in contatto con il fluido, sono realizzate in acciaio inossidabile, titanio o vetro. Le parti autoclavabili e i raccordi sanitari garantiscono la produzione di di qualità farmaceutica prodotti.
Un software intelligente registra automaticamente i parametri del processo di sonicazione sulla scheda di memoria SD integrata. Il controllo preciso di tutti i parametri di sonicazione garantisce la riproducibilità e l'affidabilità dei risultati del processo.

Standardizzazione della produzione.
I processori industriali a ultrasuoni di Hielscher Ultrasonics sono altamente affidabili e possono essere controllati con precisione. Tutti gli ultrasuonatori industriali possono essere regolati per fornire l'intera gamma di ampiezze, da quelle più basse a quelle molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in modo continuo, 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La robustezza dei sonicatori Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.