Virale vaccins op basis van celculturen – Efficiënte celvernietiging met ultrasone trillingen

Veelgestelde vragen over ultrasone celdisruptie bij de productie van virale vaccins

Wat is ultrasone celdisruptie?

Bij ultrasone celdisruptie wordt gebruikgemaakt van ultrasone golven met hoge intensiteit, doorgaans in het bereik van 20 tot 30 kHz, om celmembranen te doorbreken en intracellulair materiaal vrij te maken. Krachtige ultrasone golven veroorzaken cavitatiebellen in de vloeistof. Wanneer deze bellen instorten, genereren ze intense lokale schuifkrachten en microstroom, die de cellen mechanisch afbreken en de massaoverdracht tussen het celinterieur en het omringende medium bevorderen. Bij de productie van vaccins wordt dit gebruikt om met virussen geïnfecteerde celculturen te lyseren en intracellulaire en membraangebonden virusdeeltjes vrij te maken in het eindproduct.

Waarom zou men bij het isoleren van virussen gebruikmaken van ultrasone bewerking in plaats van chemische of enzymatische lysis?

Sonicatie werkt met puur mechanische krachten. Er zijn geen detergenten, lysozym, proteïnase K of andere lyseringsreagentia nodig die het lysaat zouden kunnen veranderen, de verdere zuivering zouden kunnen verstoren of vóór verdere verwerking moeten worden verwijderd. Chemische reagentia vereisen doorgaans een tijdrovende voorbereiding in meerdere stappen om remming van daaropvolgende assays en andere stappen na de verwerking te voorkomen. Enzymatische afbraak vereist lange incubatietijden en levert vaak niet-reproduceerbare resultaten op. Ultrasone lysis combineert bovendien de stappen van resuspensie, afbraak en extractie tot één enkele, continue bewerking. Wanneer uw proces een stap vereist waarbij detergenten of enzymen worden gebruikt, versterkt ultrasone behandeling deze stap in plaats van deze te vervangen: cavitatie verzwakt membranen en zorgt ervoor dat alle cellen gelijkmatig aan het reagens worden blootgesteld.

Hoe verhoudt ultrasone bewerking zich tot mechanische homogenisatiemethoden?

Sonicators van het sondetype brengen ultrasone energie direct en efficiënt over, omdat de sonotrode in direct contact staat met het monster. Mechanisch aangedreven homogenisatietechnieken leiden vaak tot een lagere efficiëntie bij de energieoverdracht. Bij ultrasone verwerking zijn geen verbruiksartikelen zoals maalbolletjes of roterende afdichtingen in de productstroom nodig, evenmin als spuitmonden of kamers die kunnen verstoppen door viskeuze celmassa, en er is geen kruisbesmetting tussen batches.

Kan ultrasone behandeling het virus of het antigeen beschadigen?

Dit is de belangrijkste optimalisatietaak, en deze is beheersbaar. Door de parameters van de ultrasone bewerking aan te passen, kunnen de effecten van de ultrasone behandeling nauwkeurig worden geregeld: een lage amplitude en een korte ultrasone behandeling hebben zeer milde effecten, terwijl hoge amplitudes, verhoogde druk en een langere behandelingsduur leiden tot een intensieve bewerking. Aangezien de intensiteit precies kan worden afgestemd op het biologische monster, worden overmatige bewerking, afbraak en opbrengstverlies voorkomen. In de praktijk worden de amplitude, de verblijftijd en het aantal passages ingesteld op het minimum dat nodig is om de beoogde afbraakgraad te bereiken, waarbij de temperatuur continu wordt bewaakt en het monster wordt gekoeld.

Verlaagt ultrasone behandeling de viscositeit van het oogstmateriaal?

Ja. Oogsten met een hoge celdichtheid zijn stroperig en moeilijk te verpompen vanwege het vrijgekomen, onverteerde DNA van de gastheercel. Ultrasone behandeling knipt en fragmenteert DNA en RNA, maakt de celmassa oplosbaar en breekt celresten af. Het resultaat is een homogene, verpompbare suspensie die de zuivering, centrifugatie en chromatografie efficiënter laat verlopen. DNA- en RNA-fragmentatie door gecontroleerde ultrasone behandeling is een beproefde laboratoriumtoepassing van dezelfde technologie.

Kan ik het proces in continue inline-modus uitvoeren?

Ja. De sonicators van Hielscher zijn ontworpen voor continu gebruik (24/7) in industriële omgevingen en kunnen worden uitgerust met doorstroomcellen en reactoren voor continue inline-sonicatie, recirculatielussen of integratie in productieskids en verwerkingslijnen. Zowel single-pass- als multi-pass-werking zijn mogelijk.

Hoe schaal ik op van het laboratorium naar de productie?

Lineair, op basis van de meetbare energie-input. Alle resultaten van ultrasone behandeling die met een Hielscher-ultrasone homogenisator zijn verkregen, kunnen lineair worden opgeschaald naar hogere doorvoercapaciteiten in de industriële productie; parameters voor ultrasone behandeling die met een tafelmodel-sonicator zijn ontwikkeld, kunnen direct worden overgedragen naar grotere Hielscher-systemen. Het criterium voor opschaling is de specifieke energie-inbreng per volume, in combinatie met amplitude, verblijftijd en temperatuur. Het procesadvies van Hielscher omvat aanbevelingen voor parameteroptimalisatie (amplitude, specifieke energie E/V, verblijftijd, temperatuur- en drukregeling) gekoppeld aan de meetbare energie-inbreng.

Is ultrasone celdisruptie geschikt voor productie in cleanrooms en volgens GMP-normen?

De ultrasone apparaten van Hielscher kunnen eenvoudig worden geïnstalleerd in cleanroomlaboratoria en productiefaciliteiten. De behuizingen zijn vervaardigd uit antibacteriële kunststof of roestvrij staal. Alle onderdelen die in contact komen met het medium, zoals sonotroden en doorstroomcellen, zijn vervaardigd uit titanium of roestvrij staal en kunnen worden geautoclaveerd. Er zijn speciale doorstroomcelreactoren verkrijgbaar die voldoen aan geavanceerde CIP- (clean-in-place) en SIP- (sterilize-in-place) eisen. De transducer van de industriële UIP-serie heeft beschermingsklasse IP64 en kan in veeleisende omgevingen worden geïnstalleerd, terwijl de generator op afstand wordt geplaatst. Omdat de sonicators van Hielscher elektrische energie omzetten in mechanische trillingen met een zeer hoog rendement van ongeveer 80–90% vanaf de stekker tot in de vloeistof, kan de transducer worden ingebouwd in gesloten behuizingen zonder ventilatieroosters, en is er geen geforceerde koeling zoals perslucht of water nodig. Dit betekent ook dat er geen koelmedium in contact komt met het proces. Automatische procesdocumentatie ondersteunt de traceerbaarheid en reproduceerbaarheid in gereguleerde productieomgevingen.

Kan ultrasone behandeling het virus ook inactiveren voor een inactief vaccin?

Ja. Krachtige ultrasone trillingen worden toegepast bij de inactivering van ziekteverwekkers zoals bacteriën en virussen. Met de juiste dosis en intensiteit van de ultrasone trillingen kunnen cellen en microben worden behandeld in overeenstemming met het procesdoel, zodat hetzelfde platform zowel voor cellysis met het oog op oogst als voor inactivering kan worden gebruikt. De combinatie van ultrasone trillingen en warmte, ook wel thermosonatie genoemd, zorgt voor een snellere sterilisatie bij aanzienlijk lagere thermische intensiteit en kortere duur, wat gunstig is voor het behoud van warmtegevoelige verbindingen zoals eiwitten en antigenen. Ultrasone inactivering wordt doorgaans gebruikt in combinatie met gevestigde inactiveringschemie, en de volledige inactiveringskinetiek moet voor elk specifiek virus worden gevalideerd.

Kan hetzelfde systeem worden gebruikt voor de bewerkingsstappen na de oogst?

Ja. Hetzelfde platform zorgt voor de dispersie van antigenen in suspensies, polymeren of liposomale inkapselingen, de deagglomeratie en gelijkmatige verdeling van antigenen en op aluminium gebaseerde adjuvantia zoals Alhydrogel™, de formulering van vaccins in liposomen en vaste-lipide-nanodeeltjes met nauwkeurige regeling van de dragergrootte, en de ontgassingsstap voorafgaand aan het afvullen in flacons of spuiten.