Viraal Impfstoff op Zellkulturbasis – Effizient Zellzerstéierung mat Sonikatioun
Hielscher Sonikatoren erlaben d'Disruptioun vun Zellegen an d'Solubilisatioun vu Virus-infizéierten Zellenkulturen (z.B. Vero) fir viral Ernte an der Impfstoffproduktioun. Profitéiert vun zouverléisseger an effizienter Lysis vu Zellenkulturen mat héichleeschtunger Sonikatioun!
Zelledisruptioun fir viral Ernte an Zellkultur-baséiert Impfstoffer
Zellkultur-baséiert Impfstoff Produktioun, z.B. zu Vero, MDCK, EB66, CHO oder PER.C6 Zell Linnen, erfuerdert d'Erhuelung vum Virus aus der Kultur um Enn vum Infektiounszyklus. Ofhängeg vum Virus ass e groussen Deel vum gesammelt Virus Zell-assoziéiert, entweder intrazellulär oder un d'Zellmembran gebonnen. Eng komplett a sanft Ernte hänkt also vun der effizienter Zellzerbriechung an der Solubiliséierung vun der Zellmass of. Ultrasonic Lysis ass eng zouverlässeg a laang Zäit etabléiert Method fir d'Stéierung vun Zellen an déi spéider Verëffentlechung vu Viren, virale Proteinen, DNA an RNA. Virusinfizéiert Zellkulturen behandelen, Sonikatioun – d'Applikatioun vun héich-Intensitéit Ultraschall – opens the cells, detaches virus particles from membranes and cell debris and homogenizes the harvest into a pumpable, low-viscosity suspension that can be fed directly to clarification, centrifugation and chromatography.
Wéi funktionnéiert Sonication?
Ultrasonic cell disruption is based on purely mechanical forces. Acoustic cavitation generates intense local shear and microstreaming which break the cell membranes and promote mass transfer between cell interior and the surrounding medium.
Ultraschall Impfstoff Produktioun System: Industriell Sonicator UIP2000hdT with stainless steel reactor
What are the Advantages of Ultreasonic Cell Disruption?
Dësen Aarbechtsmechanismus gëtt d'Sonicatioun en entscheedende Virdeel iwwer d'chemesch Lysis: keng Detergenten, Lysozym, Proteinase K oder aner Lysisreagenz sinn erfuerderlech, déi d'Lysat änneren, d'Downstream-Reinigung stéieren oder musse geläscht ginn ier weider Veraarbechtung. Enzymatesch Stéierung, am Géigesaz, brauch laang Inkubatiounszäiten a liwwert dacks net reproduzéierbar Resultater. Well d'Intensitéit vun der Ultraschallbehandlung genee op d'biologesch Probe ugepasst ka ginn, gëtt d'Iwwerveraarbechtung, d'Degradatioun an d'Ausbezuelung vermeit.
Sonication applizéiert op:
- Virus-infizéiert Zellen vun adherent a Suspension Kulturen ze stéieren a lyséieren
- Fräisetzung intrazellulär a Membran-assoziéiert Viruspartikelen
- d'Zellmass solubiliséieren an d'Viskositéit vun der Ernte reduzéieren
- Zellenreste homogeniséieren an deagglomeréieren fir méi einfach Klärung
- Virusklumpen an eng eenheetlech Suspension disperséieren
- Pathogene bei definéierter Amplitude, Drock a Belichtungszäit inaktivéieren
- Detergent- oder Enzym-baséiert Lysisstappen intensivéieren, wou dës erfuerderlech sinn
Industrie-Skala Ultraschall Zelldiséierung: Sonicator UIP6000hdT Mat Edelstol Flowzell fir kontinuéierlech Veraarbechtung vu Virus-infizéierte Zellkulturen.
Sonicator UP400St with flow cell FC22K for inline cell disruption
Why Should I Use Sonication for Viral Harvest?
Diagram of inline processing of monovalent rotavirus bulk. Bulk material was aseptically processed directly from the culture vessel (CF-10), transferred via peristaltic pump through a sonicator flow cell to disrupt any remaining cellular debris. The sonicated material was then filter-clarified before being deposited into an intermediate container for stabilization.
Study and image: Langston et al., 2026.
Virdeeler
- präzis ugepasst un de Prozess
- chemical-free, purely mechanical lysis
- propper & hygienic processing, CIP/SIP-compatible flow cells
- highly reproducible with automatic data logging
- linear Skala-up vu Labo bis Produktioun
- Einfach & safe operation, browser remote control
- Zouverlässeg & robust equipment for 24/7 duty
- high energy efficiency, approx. 80–90% from power plug into the liquid
Typical Process Set-Up for Viral Harvest
- Harvest and concentrate. Recover the infected cell culture (harvest broth, cell scrape from fixed-bed or single-use bioreactors, or centrifuged cell pellet resuspended in buffer).
- Condition. Adjust buffer, pH and temperature. Sonication also improves the mixing and dissolution of lysis buffer components if a buffer- or detergent-assisted step is used.
- Ultrasonic disruption. Pass the suspension through a jacketed, temperature-monitored flow cell (recirculation for batch work, single or multi-pass for continuous inline processing). Set amplitude and residence time to the minimum that achieves the target disruption rate, so viral antigens are preserved.
- Optional inactivation. Apply higher amplitude, elevated pressure and longer exposure, or thermo-sonication, for pathogen inactivation in line with the vaccine strategy.
- Downstream. Clarify, centrifuge and/or filter the now low-viscosity, homogeneous lysate, followed by chromatography, concentration and formulation.
After the Harvest: Formulation with the Same Technology
Déiselwecht Hielscher Plattform déi d'Zellen stéiert, handhabt och d'Formuléierungsschrëtt vun der Impfung. Ultrasonic Dispersioun an Deagglomeratioun produzéieren eenheetlech Suspensionen vun Antigenen, dorënner Zellfragmenter a Proteinantigenen, a Polymeren oder liposomalen Encapsulatiounen. Aluminium-baséiert Adjuvantë, wéi Alhydrogel ™, besteet aus klenge primäre Partikelen déi liicht aggregéiert sinn; Ultraschalldispersioun gëtt déi homogen Verdeelung vun Antigenen an Adjuvant, déi fir erfollegräich Integratioun erfuerderlech ass. Hielscher Sonicatoren ginn weider benotzt fir Medikamenter an Impfungen an Liposomen an nanostrukturéiert Träger ze formuléieren wéi zolidd-lipid Nanopartikelen, mat präzis Kontroll iwwer d'Trägergréisst, verbesserte Medikamentbelaaschtung a verstäerkte Stabilitéit. D'Entgasung vun der fäerdeger Suspension virum Fëllung an Fläschen oder Sprëtzen ass en anere Standard Ultraschallschrëtt.
Get further details here: Ultrasonics for Vaccine Production.
Safe, Clean and Regulated-Manufacturing Ready
- Wetted parts in titanium or stainless steel, autoclavable
- CIP/SIP-compatible flow-cell reactors available
- Antibacterial plastic or stainless steel housings for cleanroom installation
- Automatic, tamper-evident process documentation on SD/USB card
- 24/7 continuous operation, low maintenance, no forced cooling
- No consumable beads, no grinding chambers, no cross-contamination between batches
Design, Fabrikatioun a Berodung – Qualitéit Made in Germany
Hielscher Ultraschaller si bekannt fir hir héchst Qualitéit an Designnormen. Robustheet an einfach Operatioun erlaben déi glat Integratioun vun eisen Ultraschaller an industriellen Ariichtungen. Rau Konditiounen an erfuerderlech Ëmfeld ginn einfach vun Hielscher Ultraschaller gehandhabt.
Hielscher Ultrasonics ass eng ISO zertifizéiert Firma a setzt spezielle Wäert op High-Performance Ultrasonicatoren mat modernste Technologie a Benotzerfrëndlechkeet. Natierlech sinn Hielscher Ultraschaller CE konform an entspriechen d'Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.
Installation of 2x UIP1000hdT (each 1kW, 20kHz) for the production of pharmaceuticals
Frequently Asked Questions about Ultrasonic Cell Disruption for Viral-Based Vaccine Production
What is ultrasonic cell disruption?
Ultrasonic cell disruption uses high-intensity ultrasound, typically in the range of 20 to 30 kHz, to break open cell membranes and release intracellular material. High-power ultrasound waves create cavitation bubbles in the liquid. When these bubbles collapse, they generate intense local shear forces and microstreaming which mechanically disrupt the cells and promote mass transfer between the cell interior and the surrounding medium. In vaccine production, this is used to lyse virus-infected cell cultures and to release intracellular and membrane-associated virus particles into the harvest.
Why use sonication instead of chemical or enzymatic lysis for viral harvest?
Sonication funktionnéiert mat reng mechanesche Kräfte. Keng Detergenten, Lysozym, Proteinase K oder aner Lysisreagenz sinn erfuerderlech, déi d'Lysat verännere kënnen, mat der Downstream Reinigung stéieren oder musse geläscht ginn ier weider Veraarbechtung. Chemesch Reagenser erfuerderen typesch Zäitopwänneg Multi-Schrëtt Virbereedung fir Inhibitioun vu spéider Assays an aner Post-Veraarbechtungsschrëtt ze vermeiden. Enzymatesch Stéierung erfuerdert laang Inkubatiounszäiten a liwwert dacks net reproduzéierbar Resultater. Ultrasonic Lysis iwwerlappt och d'Schrëtt vun der Resuspension, der Stéierung an der Extraktioun an eng eenzeg kontinuéierlech Operatioun. Wou e Detergent- oder Enzym-assistéierte Schrëtt vun Ärem Prozess erfuerderlech ass, verstäerkt d'Sonicatioun et anstatt et ze ersetzen: Kavitatioun schwächt Membranen a verbessert d'uniform Belaaschtung vun all Zellen zum Reagens.
Wéi vergläicht Sonikatioun mat mechanesche Homogeniséierungsmethoden?
Probe-Sonikatoren iwwertrieden ultraschall Energie direkt an effizient, well de Sonotrode am direkten Kontakt mam Beispill ass. Mechanesch bedriwwen Homogeniséierungstechniken féieren dacks zu enger méi niddreger Energieiwwertragungs-Effizienz. Ultraschallveraarbechtung brauch keng verbrauchsbar Reibkugel oder rotéierend Dichtungen am Produktstroum, keng Düsen oder Kammer déi kënne mat viskoser Zellmass verstoppen, an keng Kreuzkontaminatioun tëscht Chargen.
Kann Sonikatioun de Virus oder d'Antigen beschiedegen?
This is the key optimization task, and it is controllable. By adjusting the parameters of ultrasonic processing, the effects of sonication can be precisely controlled: low amplitude and short sonication have very soft effects, while high amplitudes, elevated pressure and longer sonication duration result in intense processing. Since the intensity can be adjusted exactly to the biological sample, over-processing, degradation and yield loss are avoided. In practice, amplitude, residence time and number of passes are set to the minimum that achieves the target disruption rate, with continuous temperature monitoring and cooling.
Does ultrasonic treatment reduce the viscosity of the harvest?
Yes. Dense, high cell-density harvests are viscous and difficult to pump because of released, unfragmented host-cell DNA. Ultrasonic treatment shears and fragments DNA and RNA, and it solubilizes the cell mass and deagglomerates cell debris. The result is a homogeneous, pumpable suspension that feeds clarification, centrifugation and chromatography more efficiently. DNA and RNA fragmentation by controlled sonication is a well-established laboratory application of the same technology.
Can I run the process in continuous inline mode?
Yes. Hielscher sonicators are designed for 24/7 continuous operation in industrial environments and can be configured with flow cells and reactors for continuous inline sonication, recirculation loops or integration into production skids and processing lines. Single-pass and multi-pass operation are both possible.
How do I scale up from the lab to production?
Linear, baséiert op moossbaren Energieinput. All Sonikatiounsresultater, déi mat engem Hielscher Ultraschallhomogenisator kritt goufen, kënnen linear op méi héije Duerchgäng an der industrieller Fabrikatioun opgeschrauft ginn; sonication Parameteren entwéckelt mat engem Bank-Top sonicator kann direkt op gréisser Hielscher Systemer transferéiert ginn. De Skala-up Critère ass de spezifeschen Energieinput pro Volumen, zesumme mat Amplituden, Residenzzäit an Temperatur. Hielscher Prozessberodung enthält Empfehlungen fir Parameteroptimiséierung (Amplitude, spezifesch Energie E / V, Residenzzäit, Temperatur an Drockkontrolle) verbonne mat moossbaren Energieinput.
Ass Ultraschallzellstéierung gëeegent fir Cleanroom a GMP-Stil Fabrikatioun?
Hielscher Ultraschaller kënnen einfach an Cleanroom Laboratoiren a Produktiounsanlagen installéiert ginn. D'Gehäuse sinn aus antibakteriellem Plastik oder Edelstahl gemaach. All befeuchtt Deeler, wéi Sonotroden a Flowzellen, ginn aus Titan oder Edelstol gemaach a kënnen autoklavéiert ginn. Besonnesch Flowzellreaktoren déi fortgeschratt CIP (clean-in-place) a SIP (sterilize-in-place) Ufuerderunge treffen sinn verfügbar. Den Transducer vun der industrieller UIP Serie ass IP64 bewäert a kann an usprochsvollen Ëmfeld installéiert ginn, während de Generator op afstand plazéiert ass. Well Hielscher Sonicatoren elektresch Energie a mechanesch Schwéngung konvertéieren mat enger ganz héijer Effizienz vun ongeféier 80-90% vum Stroumstecker an d'Flëssegkeet, kann den Transducer an zouenen Haiser ouni Louvers agebaut ginn, a keng gezwongen Ofkillung wéi Kompresser Loft oder Waasser ass néideg. Dëst bedeit och datt kee Killmëttel mam Prozess a Kontakt kënnt. Automatesch Prozessdokumentatioun ënnerstëtzt Tracéierbarkeet a Reproduzéierbarkeet an der reglementéierter Fabrikatioun.
Kann Sonikatioun och de Virus fir eng inaktivéiert Impfung inaktivéieren?
Jo. Power Ultraschall fënnt Uwendung bei der Inaktivéierung vu Pathogenen wéi Bakterien a Viren. Mat der entspriechender Dosis an der Intensitéit vun der Sonikatioun kënnen Zellen a Mikroben am Aklang mat dem Prozessziel behandelt ginn, sou datt déiselwecht Plattform d'Lysis fir d'Ernte an d'Inaktivéierung servéiert. D'Kombinatioun vu Sonication an Hëtzt, bekannt als Thermo-Sonication, bitt e méi séier Steriliséierungsquote mat wesentlech reduzéierter thermescher Intensitéit an Dauer, wat avantagéis ass fir Hëtztempfindlech Verbindungen wéi Proteinen an Antigene ze konservéieren. Ultraschall Inaktivéierung gëtt allgemeng a Kombinatioun mat etabléierter Inaktivéierungschemie benotzt, an déi voll Inaktivéierungskinetik muss fir all spezifesche Virus validéiert ginn.
Can the same system be used for the formulation steps after harvest?
Yes. The same platform handles antigen dispersion into suspensions, polymers or liposomal encapsulations, the deagglomeration and uniform distribution of antigens and aluminum-based adjuvants such as Alhydrogel™, the formulation of vaccines into liposomes and solid-lipid nanoparticles with precise control over carrier size, and the degassing step prior to filling into vials or syringes.
Literatur / Referenzen
- 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 fabrizéiert High-Performance Ultrasonic Homogenisatoren aus Labo zu industriell Gréisst.