Uz šūnu kultūrām balstītas vīrusu vakcīnas – efektīva šūnu sagraušana ar ultraskaņu
Hielscher sonikatori atvieglo ar vīrusu inficētu šūnu kultūru (piem., Vero) sagraušanu un solubilizāciju vīrusa ievākšanai vakcīnu ražošanā. Izmantojiet uzticamas, efektīvas šūnu kultūru līzes priekšrocības, lietojot augstas veiktspējas sonikāciju!
Šūnu sagraušana vīrusa ievākšanai uz šūnu kultūrām balstītās vakcīnās
Uz šūnu kultūrām balstīta vakcīnu ražošana, piem., Vero, MDCK, EB66, CHO vai PER.C6 šūnu līnijās, prasa vīrusa izdalīšanu no kultūras infekcijas cikla beigās. Atkarībā no vīrusa liela ievāktā vīrusa daļa ir saistīta ar šūnām – vai nu atrodas šūnu iekšpusē, vai ir piesaistīta šūnu membrānai. Tāpēc pilnīga un saudzīga ievākšana ir atkarīga no efektīvas šūnu sagraušanas un šūnu masas solubilizācijas. Līze ar ultraskaņu ir uzticama un jau sen iedibināta metode šūnu sagraušanai un sekojošai vīrusu, vīrusu olbaltumvielu, DNS un RNS atbrīvošanai. Apstrādājot ar vīrusu inficētas šūnu kultūras, sonikācija – augstas intensitātes ultraskaņas pielietojums – atver šūnas, atdala vīrusa daļiņas no membrānām un šūnu atliekām un homogenizē ievākto materiālu pumpējamā suspensijā ar zemu viskozitāti, ko var tieši virzīt uz dzidrināšanu, centrifugēšanu un hromatogrāfiju.
Kā darbojas sonikācija?
Šūnu sagraušana ar ultraskaņu balstās tikai uz mehāniskiem spēkiem. Akustiskā kavitācija rada intensīvu lokālu bīdi un mikroplūsmas, kas plēš šūnu membrānas un veicina masas pārnesi starp šūnas iekšpusi un apkārtējo vidi.
Ultraskaņas vakcīnu ražošanas sistēma: Industriālais sonikators UIP2000hdT ar nerūsējošā tērauda reaktoru
Kādas ir šūnu sagraušanas ar ultraskaņu priekšrocības?
Šis darbības mehānisms sonikācijai dod izšķirošu priekšrocību salīdzinājumā ar ķīmisko līzi: nav nepieciešami mazgāšanas līdzekļi, lizocīms, proteināze K vai citi līzes reaģenti, kas var mainīt lizātu, traucēt turpmāko attīrīšanu vai ir jānoņem pirms tālākas apstrādes. Savukārt enzimātiskai sagraušanai nepieciešams ilgs inkubācijas laiks, un tā bieži dod neatkārtojamus rezultātus. Tā kā ultraskaņas apstrādes intensitāti var precīzi pielāgot bioloģiskajam paraugam, tiek novērsta pārmērīga apstrāde, degradācija un iznākuma zudumi.
Lietojiet sonikāciju, lai:
- sagrautu un līzētu ar vīrusu inficētas šūnas adherentās un suspensijas kultūrās
- atbrīvotu intracelulāras un ar membrānu saistītas vīrusa daļiņas
- solubilizētu šūnu masu un samazinātu ievāktā materiāla viskozitāti
- homogenizētu un deaglomerētu šūnu atliekas vieglākai dzidrināšanai
- izkliedētu vīrusu uzkrājumus vienmērīgā suspensijā
- inaktivētu patogēnus noteiktā amplitūdā, spiedienā un iedarbības laikā
- pastiprinātu uz mazgāšanas līdzekļiem vai enzīmiem balstītus līzes posmus tur, kur tie nepieciešami
Šūnu sagraušana ar ultraskaņu rūpnieciskā mērogā: Sonikators UIP6000hdT ar nerūsējošā tērauda caurplūdes šūnu, paredzētu ar vīrusu inficētu šūnu kultūru nepārtrauktai apstrādei.
Sonikators UP400St ar caurplūdes šūnu FC22K šūnu sagraušanai inline režīmā
Kāpēc vīrusa ievākšanai lietot sonikāciju?
Monovalentas beztaras rotavīrusa masas inline apstrādes shēma. Beztaras materiāls tika aseptiski apstrādāts tieši no kultivēšanas trauka (CF-10), pārsūknēts ar peristaltisko sūkni caur sonikatora caurplūdes šūnu, lai sagrautu atlikušās šūnu atliekas. Pēc tam ar ultraskaņu apstrādātais materiāls tika dzidrināts ar filtrēšanu, pirms to ievietoja starpkonteinerā stabilizēšanai.
Pētījums un attēls: Langston et al., 2026.
Priekšrocības
- precīzi pielāgojams procesam
- bez ķīmiskām vielām, tīri mehāniska līze
- tīra un higiēniska apstrāde, ar CIP/SIP saderīgas caurplūdes šūnas
- augsta atkārtojamība ar automātisku datu reģistrēšanu
- lineāra mērogošana no laboratorijas līdz ražošanai
- vienkārša un droša lietošana, tālvadība pārlūkprogrammā
- uzticamas un izturīgas iekārtas darbam 24/7
- augsta energoefektivitāte, aptuveni 80–90% no kontaktligzdas līdz šķidrumam
Tipiska procesa uzbūve vīrusa ievākšanai
- Ievāciet un koncentrējiet. Izņemiet ar vīrusu inficēto šūnu kultūru (ievākto buljonu, šūnu skrāpējumus no fiksētā slāņa vai vienreiz lietojamiem bioreaktoriem vai centrifugētas šūnu nogulsnes, kas atkārtoti suspendētas buferšķīdumā).
- Sagatavojiet. Pielāgojiet buferšķīdumu, pH un temperatūru. Sonikācija arī uzlabo līzes buferšķīduma sastāvdaļu sajaukšanos un izšķīšanu, ja tiek izmantots posms ar buferšķīdumu vai mazgāšanas līdzekli.
- Sagraušana ar ultraskaņu. Laidiet suspensiju caur caurplūdes šūnu ar apvalku un temperatūras uzraudzību (recirkulācija partijveida darbam, vienreizēja vai daudzkārtēja plūsma nepārtrauktai inline apstrādei). Iestatiet amplitūdu un uzturēšanās laiku uz minimumu, kas sasniedz mērķa sagraušanas pakāpi, lai vīrusu antigēni tiktu saglabāti.
- Neobligāta inaktivācija. Pielietojiet augstāku amplitūdu, paaugstinātu spiedienu un ilgāku iedarbību vai termosonikāciju patogēnu inaktivācijai atbilstoši vakcīnas stratēģijai.
- Turpmākā apstrāde. Dzidriniet, centrifugējiet un/vai filtrējiet tagad jau zemas viskozitātes, viendabīgo lizātu, kam seko hromatogrāfija, koncentrēšana un formulēšana.
Pēc ievākšanas: formulēšana ar to pašu tehnoloģiju
Tā pati Hielscher platforma, kas sagrauj šūnas, veic arī vakcīnas formulēšanas posmus. Dispersija un deaglomerācija ar ultraskaņu rada vienmērīgas antigēnu suspensijas, tostarp šūnu fragmentu un olbaltumvielu antigēnu suspensijas, polimēros vai liposomālās inkapsulācijās. Alumīnija bāzes adjuvanti, piemēram, Alhydrogel™, sastāv no sīkām primārajām daļiņām, kas viegli agregējas; dispersija ar ultraskaņu nodrošina antigēnu un adjuvanta viendabīgu sadalījumu, kas nepieciešams veiksmīgai integrācijai. Hielscher sonikatorus turklāt izmanto zāļu un vakcīnu formulēšanai liposomās un nanostrukturētos nesējos, piemēram, cietās lipīdu nanodaļiņās, ar precīzu nesēja izmēra kontroli, uzlabotu zāļu iekraušanu un paaugstinātu stabilitāti. Gatavās suspensijas atgāzēšana pirms iepildīšanas flakonos vai šļircēs ir vēl viens standarta ultraskaņas posms.
Vairāk informācijas šeit: Ultraskaņa vakcīnu ražošanai.
Droša, tīra un gatava regulētai ražošanai
- Detaļas, kas saskaras ar vidi, no titāna vai nerūsējošā tērauda, autoklāvējamas
- Pieejami ar CIP/SIP saderīgi caurplūdes šūnu reaktori
- Antibakteriālas plastmasas vai nerūsējošā tērauda korpusi uzstādīšanai tīrajās telpās
- Automātiska procesa dokumentācija ar manipulāciju atklāšanu uz SD/USB kartes
- Nepārtraukta darbība 24/7, neliela apkope, bez piespiedu dzesēšanas
- Bez patērējamām lodītēm, bez slīpēšanas kamerām, bez savstarpējas piesārņošanas starp partijām
Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte
Hielscher ultrasonikatori ir plaši pazīstami ar savu augstāko kvalitāti un projektēšanas standartiem. Izturība un vienkārša lietošana ļauj netraucēti integrēt mūsu ultrasonikatorus rūpnieciskās iekārtās. Hielscher ultrasonikatori viegli tiek galā ar skarbiem apstākļiem un prasīgām vidēm.
Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību velta augstas veiktspējas ultrasonikatoriem ar modernāko tehnoloģiju un lietotājam draudzīgumu. Protams, Hielscher ultrasonikatori atbilst CE prasībām, kā arī UL, CSA un RoHs prasībām.
2 iekārtu uzstādīšana UIP1000hdT (katra 1kW, 20kHz) farmaceitisko preparātu ražošanai
Bieži uzdotie jautājumi par šūnu sagraušanu ar ultraskaņu uz vīrusiem balstītu vakcīnu ražošanā
Kas ir šūnu sagraušana ar ultraskaņu?
Šūnu sagraušanā ar ultraskaņu izmanto augstas intensitātes ultraskaņu, parasti diapazonā no 20 līdz 30 kHz, lai pārplēstu šūnu membrānas un atbrīvotu intracelulāro materiālu. Lielas jaudas ultraskaņas viļņi šķidrumā rada kavitācijas burbuļus. Kad šie burbuļi sabrūk, tie rada intensīvus lokālus bīdes spēkus un mikroplūsmas, kas mehāniski sagrauj šūnas un veicina masas pārnesi starp šūnas iekšpusi un apkārtējo vidi. Vakcīnu ražošanā to izmanto, lai līzētu ar vīrusu inficētas šūnu kultūras un atbrīvotu intracelulāras un ar membrānu saistītas vīrusa daļiņas ievāktajā materiālā.
Kāpēc vīrusa ievākšanai izmantot sonikāciju, nevis ķīmisko vai enzimātisko līzi?
Sonikācija darbojas tikai ar mehāniskiem spēkiem. Nav nepieciešami mazgāšanas līdzekļi, lizocīms, proteināze K vai citi līzes reaģenti, kas varētu mainīt lizātu, traucēt turpmāko attīrīšanu vai ir jānoņem pirms tālākas apstrādes. Ķīmiskajiem reaģentiem parasti nepieciešama laikietilpīga daudzposmu sagatavošana, lai novērstu turpmāko analīžu un citu pēcapstrādes posmu inhibīciju. Enzimātiskai sagraušanai nepieciešams ilgs inkubācijas laiks, un tā bieži dod neatkārtojamus rezultātus. Līze ar ultraskaņu turklāt apvieno resuspendēšanas, sagraušanas un ekstrakcijas posmus vienā nepārtrauktā operācijā. Ja jūsu process prasa posmu ar mazgāšanas līdzekli vai enzīmu, sonikācija to pastiprina, nevis aizstāj: kavitācija vājina membrānas un uzlabo visu šūnu vienmērīgu pakļaušanu reaģentam.
Kā sonikācija salīdzināma ar mehāniskās homogenizācijas metodēm?
Zondes tipa sonikatori ultraskaņas enerģiju pārnes tieši un efektīvi, jo sonotrode ir tiešā saskarē ar paraugu. Mehāniski darbināmas homogenizācijas metodes bieži noved pie zemākas enerģijas pārneses efektivitātes. Apstrādei ar ultraskaņu nav nepieciešamas patērējamas slīpēšanas lodītes vai rotējoši blīvējumi produkta plūsmā, sprauslas vai kameras, ko var aizsprostot viskoza šūnu masa, un nav savstarpējas piesārņošanas starp partijām.
Vai sonikācija var sabojāt vīrusu vai antigēnu?
Šis ir galvenais optimizācijas uzdevums, un tas ir kontrolējams. Regulējot ultraskaņas apstrādes parametrus, sonikācijas ietekmi var precīzi kontrolēt: zema amplitūda un īsa sonikācija iedarbojas ļoti saudzīgi, savukārt augstas amplitūdas, paaugstināts spiediens un ilgāka sonikācijas ilgums rada intensīvu apstrādi. Tā kā intensitāti var precīzi pielāgot bioloģiskajam paraugam, tiek novērsta pārmērīga apstrāde, degradācija un iznākuma zudumi. Praksē amplitūdu, uzturēšanās laiku un caurlaides reižu skaitu iestata uz minimumu, kas sasniedz mērķa sagraušanas pakāpi, ar nepārtrauktu temperatūras uzraudzību un dzesēšanu.
Vai apstrāde ar ultraskaņu samazina ievāktā materiāla viskozitāti?
Jā. Blīvs ievāktais materiāls ar augstu šūnu blīvumu ir viskozs un grūti pumpējams atbrīvotās, nefragmentētās saimniekšūnu DNS dēļ. Apstrāde ar ultraskaņu bīda un fragmentē DNS un RNS, solubilizē šūnu masu un deaglomerē šūnu atliekas. Rezultāts ir viendabīga, pumpējama suspensija, kas efektīvāk nonāk dzidrināšanā, centrifugēšanā un hromatogrāfijā. DNS un RNS fragmentēšana ar kontrolētu sonikāciju ir labi iedibināts šīs pašas tehnoloģijas laboratorijas pielietojums.
Vai procesu var vadīt nepārtrauktā inline režīmā?
Jā. Hielscher sonikatori ir paredzēti nepārtrauktai darbībai 24/7 rūpnieciskā vidē, un tos var konfigurēt ar caurplūdes šūnām un reaktoriem nepārtrauktai inline sonikācijai, recirkulācijas cilpām vai integrēšanai ražošanas moduļos un apstrādes līnijās. Iespējama gan vienas, gan vairāku caurlaižu darbība.
Kā mērogot no laboratorijas uz ražošanu?
Lineāri, balstoties uz izmērāmu enerģijas ievadi. Visus sonikācijas rezultātus, kas iegūti ar Hielscher ultraskaņas homogenizatoru, var lineāri mērogot uz lielāku caurlaidspēju rūpnieciskajā ražošanā; sonikācijas parametrus, kas izstrādāti ar galda sonikatoru, var tieši pārnest uz lielākām Hielscher sistēmām. Mērogošanas kritērijs ir īpatnējā enerģijas ievade uz tilpuma vienību, kopā ar amplitūdu, uzturēšanās laiku un temperatūru. Hielscher procesu konsultācijas ietver ieteikumus parametru optimizācijai (amplitūda, īpatnējā enerģija E/V, uzturēšanās laiks, temperatūras un spiediena kontrole), kas saistīti ar izmērāmu enerģijas ievadi.
Vai šūnu sagraušana ar ultraskaņu ir piemērota tīrajām telpām un GMP stila ražošanai?
Hielscher ultrasonikatorus var viegli uzstādīt laboratorijās un ražošanas telpās ar tīrajām telpām. Korpusi ir izgatavoti no antibakteriālas plastmasas vai nerūsējošā tērauda. Visas detaļas, kas saskaras ar vidi, piemēram, sonotrodes un caurplūdes šūnas, ir izgatavotas no titāna vai nerūsējošā tērauda, un tās var autoklāvēt. Ir pieejami īpaši caurplūdes šūnu reaktori, kas atbilst paaugstinātām CIP (tīrīšana uz vietas) un SIP (sterilizācija uz vietas) prasībām. Rūpnieciskās UIP sērijas devējam ir IP64 aizsardzības klase, un to var uzstādīt prasīgā vidē, kamēr ģenerators tiek novietots attālināti. Tā kā Hielscher sonikatori pārvērš elektrisko enerģiju mehāniskās svārstībās ar ļoti augstu efektivitāti – aptuveni 80–90% no kontaktligzdas līdz šķidrumam –, devēju var iebūvēt slēgtos korpusos bez žalūzijām, un piespiedu dzesēšana, piemēram, ar saspiestu gaisu vai ūdeni, nav nepieciešama. Tas arī nozīmē, ka dzesēšanas vide nonāk saskarē ar procesu. Automātiska procesa dokumentēšana atbalsta izsekojamību un atkārtojamību regulētā ražošanā.
Vai sonikācija var arī inaktivēt vīrusu inaktivētai vakcīnai?
Jā. Lielas jaudas ultraskaņu izmanto patogēnu, piemēram, baktēriju un vīrusu, inaktivācijā. Ar piemērotu sonikācijas devu un intensitāti šūnas un mikrobus var apstrādāt atbilstoši procesa mērķim, tāpēc viena un tā pati platforma kalpo gan līzei ievākšanas laikā, gan inaktivācijai. Sonikācijas un siltuma kombinācija, ko dēvē par termosonikāciju, nodrošina ātrāku sterilizācijas ātrumu ar ievērojami samazinātu termisko intensitāti un ilgumu, kas ir izdevīgi karstumjutīgu savienojumu, piemēram, olbaltumvielu un antigēnu, saglabāšanai. Inaktivāciju ar ultraskaņu parasti izmanto kopā ar iedibināto inaktivācijas ķīmiju, un pilna inaktivācijas kinētika ir jāvalidē katram konkrētajam vīrusam.
Vai to pašu sistēmu var izmantot formulēšanas posmiem pēc ievākšanas?
Jā. Tā pati platforma veic antigēnu dispersiju suspensijās, polimēros vai liposomālās inkapsulācijās, antigēnu un alumīnija bāzes adjuvantu, piemēram, Alhydrogel™, deaglomerāciju un vienmērīgu sadalījumu, vakcīnu formulēšanu liposomās un cietās lipīdu nanodaļiņās ar precīzu nesēja izmēra kontroli, kā arī atgāzēšanas posmu pirms iepildīšanas flakonos vai šļircēs.
Literatūra / atsauces
- 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 ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no laboratorijas līdz rūpnieciskam izmēram.