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 agli adiuvanti ecc.
• I sonicatori Hielscher vengono utilizzati nella produzione degli antigeni, nell’incapsulamento e nella formulazione, nonché nella fase di degasaggio prima del riempimento di flaconcini o siringhe con il vaccino.
• Hielscher Ultrasonics è il vostro partner con una lunga esperienza nei sistemi a ultrasuoni affidabili per l’industria farmaceutica. Scoprite in quali fasi del processo di fabbricazione dei vaccini gli ultrasuoni possono migliorare la vostra produzione!

Produzione di vaccini

Il trattamento a ultrasuoni può apportare benefici in varie fasi della produzione dei vaccini. Per produrre un vaccino, il primo passo consiste nel preparare l’antigene stesso. Il metodo di generazione dell’antigene varia a seconda del tipo di patogeno: mentre i virus vengono coltivati su cellule primarie, come le uova di gallina (ad es. per l’influenza), oppure su linee cellulari continue, come le cellule umane in coltura (ad es. per l’epatite A), i batteri vengono coltivati in bioreattori (ad es. Haemophilus influenzae di tipo b). Le proteine ricombinanti derivate da virus o batteri possono essere coltivate anche in lieviti, batteri o colture cellulari. Una volta prodotto, l’antigene deve essere rilasciato dalle cellule in cui è stato coltivato.
Un virus può richiedere l’inattivazione, eventualmente senza necessità di ulteriore purificazione. Le proteine ricombinanti richiedono numerose operazioni che comprendono ultrafiltrazione e cromatografia su colonna. A seconda della formulazione del vaccino, vengono aggiunti un adiuvante, agenti stabilizzanti e conservanti. Gli adiuvanti potenziano la risposta immunitaria all’antigene, mentre gli stabilizzanti e i conservanti prolungano la durata di conservazione.
Durante la fabbricazione dei vaccini, la sonicazione può essere applicata in varie fasi. Trattandosi di un metodo di trattamento 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 dei vaccini:

Dispersione degli antigeni

Gli antigeni, come i frammenti cellulari o gli 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 da tempo comprovata per la preparazione di dispersioni fini nella fabbricazione di prodotti farmaceutici ed è pertanto 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 utilizzato che può essere facilmente aggregato in un’unità funzionale nelle formulazioni vaccinali. Per combinare gli adiuvanti con gli antigeni, è necessaria una distribuzione uniforme dell’antigene in tutto il vaccino contenente alluminio. La dispersione a ultrasuoni consente di preparare dispersioni omogenee di antigeni e adiuvanti (ad es. Alhydrogel™).

Lisi cellulare ed estrazione

Gli antigeni prodotti da microrganismi devono essere rilasciati dalla cellula microbica. La sonicazione è una tecnologia comprovata per la lisi cellulare e l’estrazione. Regolando i parametri di sonicazione, le cellule possono essere perforate o disgregate, in modo che gli antigeni di interesse diventino disponibili e possano essere isolati.
Scoprite come la sonicazione facilita il rilascio dei virus nei vaccini virali basati su colture cellulari!

Inattivazione dei patogeni

Gli ultrasuoni di potenza vengono applicati per disgregare e uccidere microrganismi come batteri e virus. Ad esempio, è stato dimostrato che l’inattivazione di E. coli mediante ultrasuoni, seguita da irradiazione, è la tecnica più efficace 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 termica e la sterilizzazione, che si basano su una lunga esposizione a temperature elevate e spesso provocano un deterioramento delle proprietà funzionali indotto dal calore. Un trattamento combinato di sonicazione e calore (termosonicazione) può accelerare la sterilizzazione; poiché l’intensità e la durata del trattamento termico sono significativamente ridotte, la degradazione termica dei composti termosensibili (ad es. proteine, antigeni). La sterilizzazione e la pastorizzazione a ultrasuoni sono economicamente vantaggiose, consentono di risparmiare energia e sono rispettose dell’ambiente.

Emulsioni e sospensioni

Le formulazioni vaccinali possono essere costituite da miscele di acqua e lipidi. Poiché le formulazioni acqua-lipidi sono immiscibili, è necessario preparare un’emulsione a goccioline fini superando la tensione superficiale delle goccioline oppure utilizzando un tensioattivo. L’emulsificazione a ultrasuoni è una tecnica consolidata per formulare nanoemulsioni / miniemulsioni, emulsioni doppie ed emulsioni di Pickering. Ad esempio, i lipopeptidi insolubili in acqua possono essere sospesi mediante ultrasuoni insieme all’antigene in un rapporto 1:1 (w/w) in una soluzione acquosa.
Inoltre, la sonicazione viene applicata per ridurre gli aggregati cellulari e distribuire uniformemente le singole cellule disperse nella sospensione.

Adiuvanti e conservanti

I vaccini contengono generalmente uno o più adiuvanti, utilizzati per potenziare la risposta immunitaria. Mediante il trattamento a ultrasuoni, le microfibre degli adiuvanti vengono districate e disperse in modo omogeneo, migliorando il legame delle proteine sulla superficie. I sistemi adiuvanti a base di emulsioni sono ampiamente utilizzati nello sviluppo e nella formulazione dei vaccini. Questi sistemi adiuvanti a base di emulsioni 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) oppure emulsioni stabilizzate da proteine.
Inoltre, vengono aggiunti conservanti per prevenire la contaminazione dei vaccini da parte di 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 uniformi e fini e costituisce quindi uno strumento affidabile per una produzione di vaccini più efficiente.

Formulazione e incapsulamento liposomiale

I vaccini incapsulati in liposomi possono essere somministrati per via orale, intranasale, intramuscolare e sottocutanea e costituiscono un metodo vantaggioso di somministrazione dei vaccini e un adiuvante, 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 maggiori informazioni sulla formulazione dei liposomi mediante ultrasuoni!
Ad esempio, per formulare un vaccino veterinario contro la malattia di Newcastle, Zhao et al. (2011) hanno preparato piccole vescicole unilamellari (SUV) di fosfatidilcolina/colesterolo mediante sonicazione. Il vaccino incapsulato mediante ultrasuoni ha mostrato una risposta immunitaria potenziata, titoli anticorpali IgG e IgM più elevati, nonché proliferazione dei linfociti T e B.

Degasaggio delle 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 degasati. Durante la fase di degasaggio / deaerazione vengono rimosse 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 unite per coalescenza hanno una maggiore spinta di galleggiamento e risalgono alla superficie del liquido. La rimozione delle bolle di gas può essere migliorata applicando un leggero vuoto al recipiente di sonicazione. Il degasaggio assistito da ultrasuoni è una tecnica semplice e rapida per la deaerazione delle sospensioni acquose.

Intensificazione della crescita cellulare

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 permanenza nei bioreattori a ultrasuoni Hielscher possono essere regolati con precisione in funzione del tipo di cellula e delle sue esigenze.
Ad esempio, una sonicazione blanda può essere applicata per aumentare l’assorbimento di glucosio da parte delle cellule e favorire così la crescita delle colture e delle sospensioni cellulari. È noto che gli ultrasuoni aumentano la permeabilità cellulare, che a sua volta può migliorare lo scambio di nutrienti / sostanze di scarto, aumentando così la produzione di vaccini. In questo modo è possibile abbreviare i tempi di produzione dei vaccini e/o aumentare la resa delle proteine utilizzate come vaccini.

Reattori farmaceutici Hielscher Ultrasonics

Hielscher Ultrasonics è specializzata nella produzione di sistemi a ultrasuoni ad alta potenza e sonobioreattori per l’impiego nella ricerca e sviluppo e nella produzione industriale di prodotti farmaceutici (ad es. vaccini, principi attivi farmaceutici).
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 mezzo liquido sono realizzate in acciaio inossidabile, titanio o vetro. Le parti autoclavabili e i raccordi sanitari garantiscono la produzione di prodotti di grado farmaceutico .
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 Hielscher Ultrasonics sono altamente affidabili e possono essere controllati con precisione. Tutti i sonicatori industriali possono essere regolati per coprire l’intero intervallo di ampiezze, da quelle più basse a quelle molto elevate. È possibile mantenere facilmente ampiezze fino a 200µm in funzionamento continuo 24/7. Per ampiezze ancora maggiori sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La robustezza dei sonicatori Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni gravose e in ambienti impegnativi.