ワクチン生産を改善する超音波ソリューション

• 超音波処理は、ワクチン調製のさまざまな工程で使用されます。細胞溶解、細胞懸濁液の均質化、細胞増殖の促進、カプセル化、アジュバントへのタンパク質結合などが挙げられます。
• Hielscherの超音波処理装置は、抗原の生産、カプセル化、製剤化に加え、ワクチンをバイアルやシリンジに充填する前の脱ガス工程でも使用されています。
• Hielscher Ultrasonicsは、製薬業界向けの信頼性の高い超音波システムを提供する、長年の経験を持つパートナーです。ワクチン製造のどの工程で超音波が生産を改善できるかをご覧ください！

ワクチンの生産

超音波処理は、ワクチン生産のさまざまな段階で有益となる可能性があります。ワクチンを生産するための最初の工程は、抗原そのものの調製です。抗原の生成方法は病原体の種類によって異なります。ウイルスは、鶏卵などの初代細胞（例：インフルエンザ用）、または培養ヒト細胞などの継代細胞株（例：A型肝炎用）で増殖させる一方、細菌はバイオリアクターで培養します（例：b型インフルエンザ菌）。ウイルスや細菌に由来する組換えタンパク質は、酵母、細菌、または細胞培養でも増殖させることができます。抗原が生産されたら、増殖に用いた細胞から放出させる必要があります。
ウイルスは不活化が必要となる場合があり、それ以上の精製が不要な場合もあります。組換えタンパク質には、限外ろ過やカラムクロマトグラフィーを含む多くの操作が必要です。ワクチンの製剤組成に応じて、アジュバント、安定化剤、防腐剤を添加します。アジュバントは抗原に対する免疫応答を増強し、安定化剤と防腐剤は保存期間を延長します。
ワクチン製造では、さまざまな段階で超音波処理を適用できます。非加熱処理法であるため、貴重な材料の熱劣化を回避できます。以下に、超音波がワクチン生産を改善する代表的な用途を紹介します。

抗原の分散

安定したワクチン製剤を得るには、細胞断片やタンパク質抗原などの抗原を、懸濁液、ポリマー、またはリポソームによるカプセル化系に均一に分散させる必要があります。超音波処理は、医薬品製造で微細な分散液を調製する方法として長年の実績があり、現代のワクチン生産において確立された技術です。
非常に小さい一次粒子で構成されるアルミニウム系アジュバントは、一般的に使用されるアジュバントの一種であり、ワクチン製剤中で容易に凝集させて機能する単位を形成できます。アジュバントと抗原を組み合わせるには、アルミニウムを含むワクチン全体に抗原を均一に分布させる必要があります。超音波分散により、抗原とアジュバント（例：Alhydrogel™）の均一な分散液を調製できます。

細胞溶解と抽出

微生物から生産された抗原は、微生物細胞から放出させる必要があります。超音波処理は、細胞溶解と抽出において実績のある技術です。超音波処理パラメータを調整することで細胞に孔を開けたり、細胞を破砕したりして、目的の抗原を取り出して単離できるようにします。
細胞培養ベースのウイルスワクチンにおいて、超音波処理がどのようにウイルスの放出を促すかをご覧ください。

病原体の不活化

高出力超音波は、細菌やウイルスなどの微生物を破壊し、死滅させるために適用されます。例えば、大腸菌を超音波で不活化した後に放射線を照射する方法は、有効な大腸菌症ワクチンの調製において最も強力な技術であることが示されています。 [Melamed et al. 1991]
微生物の不活化に一般的に用いられる技術は、加熱による低温殺菌と滅菌です。これらは高温に長時間さらすことに基づいており、熱による機能特性の劣化を招くことがよくあります。超音波処理と加熱を組み合わせた処理（サーモソニケーション）は、滅菌速度を高めることができます。加熱の強度と時間が大幅に低減されるため、熱に敏感な化合物（例：タンパク質、抗原）の熱劣化。超音波による滅菌と低温殺菌は、費用効率が高く、省エネルギーで、環境に優しい方法です。

エマルションと懸濁液

ワクチン製剤は、水と脂質の混合物から構成される場合があります。水と脂質は互いに混和しないため、液滴の表面張力を克服するか、界面活性剤を使用して、微細なエマルションを調製する必要があります。超音波乳化は、次の製剤化に用いられる確立された技術です： ナノエマルション / ミニエマルション、二重エマルション、および ピッカリングエマルション。例えば、水に不溶性のリポペプチドは、水溶液中で抗原と1:1 (w/w)の比率で超音波により懸濁させることができます。
さらに、超音波処理は、細胞凝集体を減らし、個々に分散した細胞を懸濁液中に均一に分布させるためにも適用されます。

アジュバントと防腐剤

ワクチンには通常、免疫応答を増強するために一つ以上のアジュバントが含まれています。超音波処理によりアジュバントの微細繊維の絡まりを解き、均一に分散させることで、表面へのタンパク質結合が改善されます。エマルションを基盤とするアジュバント系は、ワクチンの開発と製剤化に広く使用されています。このようなアジュバント系は、水中油型（o/w）、油中水型（w/o）、水中油中水型（w/o/w）、またはタンパク質で安定化したエマルションなど、さまざまなエマルションの種類を用いて製剤化できます。
さらに、細菌や真菌によるワクチンの汚染を防ぐため、防腐剤を添加します。防腐剤は、ワクチン生産のさまざまな段階で使用される場合があります。
超音波ホモジナイザーの使用は、より均一で微細な混合と分散を促進するため、ワクチン生産の効率を高める信頼性の高い手段となります。

製剤化とリポソームによるカプセル化

リポソームにカプセル化したワクチンは、経口、経鼻、筋肉内、皮下に投与でき、有利なワクチン送達方法およびアジュバントとなります。標的への送達を改善し、封入された抗原の毒性を低減できる可能性があります。超音波処理は、有効成分をリポソーム製剤にカプセル化するための信頼性の高い技術です。 リポソームの超音波製剤化について詳しくはこちらをご覧ください！
例えば、ニューカッスル病に対する動物用ワクチンを製剤化するため、Zhao et al. (2011)は、超音波処理下でホスファチジルコリン/コレステロールの小型一枚膜小胞（SUV）を調製しました。超音波でカプセル化したワクチンは、免疫応答の増強、より高いIgGおよびIgM抗体価、ならびにT細胞とB細胞の増殖を示しました。

医薬品懸濁液の脱ガス

ワクチンおよび医薬品の生産中、ならびに包装前には、ワクチンや、懸濁液、溶液、エマルション、最終製剤などの液体を脱ガスする必要があります。脱ガス / 脱気工程では、液体中に閉じ込められた気泡（例：酸素、二酸化炭素）を除去します。超音波は、液体中に閉じ込められた気泡の合体を促進します。合体した気泡は浮力が高まり、液面まで上昇します。超音波処理容器内をわずかに減圧すると、気泡の除去を促進できます。超音波を利用した脱ガスは、水性懸濁液を簡単かつ迅速に脱気する技術です。

細胞増殖の促進

接種時（微生物を培地に導入する工程）の超音波による撹拌は、培養細胞の増殖を促進する可能性があります。Hielscherの超音波バイオリアクターでは、細胞の種類とその要件に応じて、超音波処理の強度、温度、滞留時間を正確に調節できます。
例えば、穏やかな超音波処理を適用して細胞のグルコース取り込みを増加させ、それにより細胞培養および細胞懸濁液での増殖を促進できます。超音波は細胞の透過性を高めることが知られており、それによって栄養素 / 老廃物の交換を促進し、ワクチン生産の向上につながる可能性があります。その結果、ワクチンの生産時間を短縮したり、ワクチンとして用いられるタンパク質の収量を増加させたりすることができます。

Hielscher Ultrasonicsの製薬用リアクター

Hielscher Ultrasonicsは、医薬品の研究開発および工業生産に導入するための高出力超音波システムと超音波バイオリアクターの製造を専門としています(医薬品の例： ワクチン, 医薬品有効成分（API）).
超音波処理は、開放容器、密閉リアクター、連続フロー式リアクターに適用できます。超音波システムのうち液体媒体と接触するすべての部品は、ステンレス鋼、チタン、またはガラスで製造されています。オートクレーブ滅菌可能な部品とサニタリー継手により、 医薬品グレード の製品の生産が確保されます。
インテリジェントなソフトウェアが、超音波処理工程のパラメータを内蔵のSDメモリーカードに自動記録します。すべての超音波処理パラメータを精密に制御することで、処理結果の再現性と信頼性が確保されます。

生産の標準化。
Hielscher Ultrasonicsの工業用超音波プロセッサーは、信頼性が非常に高く、精密に制御できます。すべての工業用超音波処理装置は、低振幅から非常に高い振幅までの全範囲を出力できるように調整できます。最大200µmの振幅で、24/7の連続運転を容易に行えます。さらに高い振幅に対応するため、カスタマイズされた超音波ソノトロードも用意されています。Hielscherの超音波処理装置は堅牢であり、高負荷かつ過酷な環境でも24/7の運転が可能です。