Rozwiązania ultradźwiękowe usprawniające produkcję szczepionek

• Sonikacja jest stosowana na różnych etapach przygotowywania szczepionek: do lizy komórek, homogenizacji zawiesin komórkowych, stymulowania wzrostu komórek, enkapsulacji, wiązania białek przez adiuwanty itp.
• Sonikatory Hielscher są stosowane do produkcji antygenów, enkapsulacji i formulacji, a także na etapie odgazowywania przed napełnianiem fiolek lub strzykawek szczepionką.
• Hielscher Ultrasonics to Państwa partner z wieloletnim doświadczeniem w zakresie niezawodnych systemów ultradźwiękowych dla przemysłu farmaceutycznego. Dowiedz się, na których etapach wytwarzania szczepionek ultradźwięki mogą usprawnić produkcję!

Produkcja szczepionek

Sonikacja może przynosić korzyści na różnych etapach produkcji szczepionek. Pierwszym krokiem w produkcji szczepionki jest przygotowanie samego antygenu. Metoda wytwarzania antygenu różni się w zależności od rodzaju patogenu: wirusy namnaża się albo w komórkach pierwotnych, takich jak jaja kurze (np. w przypadku grypy), albo w ciągłych liniach komórkowych, takich jak hodowane komórki ludzkie (np. w przypadku wirusowego zapalenia wątroby typu A), natomiast bakterie hoduje się w bioreaktorach (np. Haemophilus influenzae typu b). Białka rekombinowane pochodzące z wirusów lub bakterii można również hodować w drożdżach, bakteriach lub hodowlach komórkowych. Po wytworzeniu antygenu należy go uwolnić z komórek, w których był hodowany.
Wirus może wymagać inaktywacji, przy czym dalsze oczyszczanie może nie być konieczne. Białka rekombinowane wymagają wielu operacji obejmujących ultrafiltrację i chromatografię kolumnową. W zależności od formulacji szczepionki dodaje się adiuwant, środki stabilizujące i konserwanty. Adiuwanty wzmacniają odpowiedź immunologiczną na antygen, a stabilizatory i konserwanty wydłużają okres przydatności do użycia.
Podczas wytwarzania szczepionek sonikację można stosować na różnych etapach. Jako nietermiczna metoda przetwarzania pozwala ona uniknąć degradacji termicznej cennego materiału. Poniżej przedstawiono najczęstsze zastosowania, w których ultradźwięki usprawniają produkcję szczepionek:

Dyspergowanie antygenów

Antygeny, takie jak fragmenty komórek lub antygeny białkowe, muszą być jednorodnie zdyspergowane w zawiesinie, polimerze lub w ramach enkapsulacji liposomalnej, aby uzyskać stabilną formulację szczepionki. Przydatność sonikacji do przygotowywania drobnych dyspersji w produkcji wyrobów farmaceutycznych jest potwierdzona od wielu lat, dlatego jest ona uznaną techniką we współczesnej produkcji szczepionek.
Adiuwanty na bazie glinu, złożone z bardzo małych cząstek pierwotnych, są powszechnie stosowanym rodzajem adiuwantów, które można łatwo agregować w funkcjonalną jednostkę w formulacjach szczepionek. Aby połączyć adiuwanty z antygenami, konieczne jest równomierne rozmieszczenie antygenu w całej szczepionce zawierającej glin. Dyspergowanie ultradźwiękowe pozwala przygotować jednorodne dyspersje antygenów i adiuwantów (np. Alhydrogel™).

Liza komórek i ekstrakcja

Antygeny wytwarzane z mikroorganizmów muszą zostać uwolnione z komórki drobnoustroju. Sonikacja jest sprawdzoną technologią lizy komórek i ekstrakcji. Dzięki dostosowaniu parametrów sonikacji komórki można perforować lub rozbijać, tak aby docelowe antygeny stały się dostępne i można było je wyizolować.
Dowiedz się, jak sonikacja ułatwia uwalnianie wirusów w szczepionkach wirusowych opartych na hodowlach komórkowych!

Inaktywacja patogenów

Ultradźwięki o dużej mocy stosuje się do rozbijania i zabijania mikroorganizmów, takich jak bakterie i wirusy. Wykazano na przykład, że ultradźwiękowa inaktywacja E. coli, po której następuje napromienianie, jest najskuteczniejszą techniką przygotowywania skutecznej szczepionki przeciw kolibakteriozie. [Melamed et al. 1991]
Powszechnie stosowanymi technikami inaktywacji drobnoustrojów są pasteryzacja termiczna i sterylizacja, które opierają się na długotrwałym działaniu wysokich temperatur i często prowadzą do wywołanego termicznie pogorszenia właściwości funkcjonalnych. Połączenie sonikacji z działaniem ciepła (termosonikacja) może przyspieszyć sterylizację; ponieważ intensywność i czas trwania oddziaływania cieplnego są znacznie zmniejszone, degradacja termiczna związków wrażliwych na ciepło (np. białek, antygenów). Sterylizacja i pasteryzacja ultradźwiękowa są opłacalne, energooszczędne i przyjazne dla środowiska.

Emulsje i zawiesiny

Formulacje szczepionek mogą składać się z mieszanin wodno-lipidowych. Ponieważ składniki formulacji wodno-lipidowych nie mieszają się ze sobą, należy przygotować emulsję o drobnych kroplach, pokonując napięcie powierzchniowe kropli lub stosując środek powierzchniowo czynny. Emulgowanie ultradźwiękowe jest dobrze ugruntowaną techniką wytwarzania nanoemulsji / miniemulsji, emulsji podwójnych oraz emulsji Pickeringa. Na przykład nierozpuszczalne w wodzie lipopeptydy można za pomocą ultradźwięków zawieszać wraz z antygenem w roztworze wodnym w stosunku 1:1 (w/w).
Ponadto sonikację stosuje się w celu zmniejszenia agregatów komórkowych i równomiernego rozmieszczenia pojedynczych, rozproszonych komórek w zawiesinie.

Adiuwanty i konserwanty

Szczepionki zazwyczaj zawierają jeden lub więcej adiuwantów stosowanych w celu wzmocnienia odpowiedzi immunologicznej. Sonikacja rozplątuje mikrowłókna adiuwantów i jednorodnie je dysperguje, dzięki czemu poprawia się wiązanie białek na powierzchni. Układy adiuwantów oparte na emulsjach są szeroko stosowane w opracowywaniu i formulacji szczepionek. Takie układy adiuwantów można przygotowywać z wykorzystaniem różnych rodzajów emulsji, takich jak olej w wodzie (o/w), woda w oleju (w/o), woda w oleju w wodzie (w/o/w) lub emulsje stabilizowane białkami.
Ponadto dodaje się konserwanty, aby zapobiec zanieczyszczeniu szczepionki bakteriami lub grzybami. Konserwanty mogą być stosowane na różnych etapach produkcji szczepionek.
Stosowanie homogenizatorów ultradźwiękowych sprzyja bardziej równomiernemu mieszaniu i uzyskiwaniu drobniejszych dyspersji, stanowiąc tym samym niezawodne narzędzie do wydajniejszej produkcji szczepionek.

Formulacja i enkapsulacja liposomalna

Szczepionki enkapsulowane w liposomach można podawać doustnie, donosowo, domięśniowo i podskórnie; stanowią one korzystną metodę dostarczania szczepionek oraz adiuwant, co mogłoby poprawić ukierunkowane dostarczanie i zmniejszyć toksyczność zamkniętych w nich antygenów. Sonikacja jest niezawodną techniką enkapsulacji związków aktywnych w formulacjach liposomalnych. Przeczytaj tutaj więcej o ultradźwiękowej formulacji liposomów!
Na przykład, aby opracować szczepionkę weterynaryjną przeciw chorobie Newcastle, Zhao i wsp. (2011) przygotowali za pomocą sonikacji małe jednowarstwowe pęcherzyki (SUV) z fosfatydylocholiny/cholesterolu. Szczepionka enkapsulowana ultradźwiękowo wykazywała silniejszą odpowiedź immunologiczną, wyższe miana przeciwciał IgG i IgM, a także proliferację limfocytów T i B.

Odgazowywanie zawiesin farmaceutycznych

Podczas produkcji szczepionek i wyrobów farmaceutycznych oraz przed pakowaniem szczepionki i płyny, takie jak zawiesiny, roztwory, emulsje i końcowe formulacje, muszą zostać odgazowane. Na etapie odgazowywania / odpowietrzania usuwa się pęcherzyki gazu (np. tlenu, dwutlenku węgla) uwięzione w cieczy. Fale ultradźwiękowe sprzyjają koalescencji pęcherzyków gazu uwięzionych w cieczach. Połączone pęcherzyki mają większą wyporność i unoszą się na powierzchnię cieczy. Usuwanie pęcherzyków gazu można usprawnić, stosując niewielkie podciśnienie w naczyniu do sonikacji. Odgazowywanie wspomagane ultradźwiękami jest łatwą i szybką techniką odpowietrzania zawiesin wodnych.

Intensyfikacja wzrostu komórek

Mieszanie ultradźwiękowe podczas inokulacji (procesu wprowadzania mikroorganizmów do podłoża hodowlanego) może zwiększyć wzrost hodowli komórkowych. Intensywność sonikacji, temperaturę i czas przebywania w bioreaktorach ultradźwiękowych Hielscher można precyzyjnie regulować stosownie do rodzaju komórek i ich wymagań.
Na przykład łagodną sonikację można stosować w celu zwiększenia pobierania glukozy przez komórki, a tym samym wspomagania wzrostu hodowli i zawiesin komórkowych. Wiadomo, że ultradźwięki zwiększają przepuszczalność komórek, co z kolei może usprawnić wymianę substancji odżywczych / produktów odpadowych, prowadząc do zwiększenia produkcji szczepionek. Dzięki temu można skrócić czas produkcji szczepionek i/lub zwiększyć uzysk białek stosowanych jako szczepionki.

Reaktory farmaceutyczne Hielscher Ultrasonics

Hielscher Ultrasonics specjalizuje się w produkcji systemów ultradźwiękowych o dużej mocy i sonobioreaktorów do zastosowań w badaniach i rozwoju oraz przemysłowej produkcji wyrobów farmaceutycznych (np. szczepionek, substancji czynnych (API)).
Sonikację można stosować w otwartych naczyniach, zamkniętych reaktorach i reaktorach o przepływie ciągłym. Wszystkie części systemów ultradźwiękowych mające kontakt z ciekłym medium są wykonane ze stali nierdzewnej, tytanu lub szkła. Części nadające się do sterylizacji w autoklawie i złącza sanitarne zapewniają wytwarzanie produktów o jakości farmaceutycznej.
Inteligentne oprogramowanie automatycznie zapisuje parametry procesu sonikacji na zintegrowanej karcie pamięci SD. Precyzyjna kontrola wszystkich parametrów sonikacji zapewnia powtarzalność i niezawodność wyników procesu.

Standaryzacja produkcji.
Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher Ultrasonics są wysoce niezawodne i można nimi precyzyjnie sterować. Wszystkie przemysłowe sonikatory można regulować tak, aby zapewniały pełny zakres amplitud, od niższych do bardzo wysokich. Amplitudy do 200µm można z łatwością utrzymywać w ciągłej pracy 24/7. Do uzyskiwania jeszcze wyższych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe wykonywane na zamówienie. Wytrzymałość sonikatorów Hielscher umożliwia pracę 24/7 pod dużym obciążeniem i w wymagających warunkach.