Vacinas virais baseadas em culturas celulares – rutura celular eficiente com sonicação
Os sonicadores da Hielscher facilitam a rutura celular e a solubilização de culturas celulares infetadas por vírus (p. ex. Vero) para a colheita viral na produção de vacinas. Aproveite a lise fiável e eficiente de culturas celulares com sonicação de alto desempenho!
Rutura celular para a colheita viral em vacinas baseadas em culturas celulares
A produção de vacinas baseadas em culturas celulares, p. ex. em linhas celulares Vero, MDCK, EB66, CHO ou PER.C6, exige a recuperação do vírus da cultura no final do ciclo de infeção. Consoante o vírus, uma grande parte do vírus colhido está associada às células, quer no interior da célula, quer ligada à membrana celular. Uma colheita completa e suave depende, por isso, de uma rutura celular eficiente e da solubilização da massa celular. A lise ultrassónica é um método fiável e estabelecido há muito tempo para a rutura de células e a subsequente libertação de vírus, proteínas virais, ADN e ARN. No tratamento de culturas celulares infetadas por vírus, a sonicação – a aplicação de ultrassons de alta intensidade – abre as células, separa as partículas virais das membranas e dos detritos celulares e homogeneíza a colheita numa suspensão bombeável de baixa viscosidade, que pode ser encaminhada diretamente para a clarificação, a centrifugação e a cromatografia.
Como funciona a sonicação?
A rutura celular ultrassónica baseia-se exclusivamente em forças mecânicas. A cavitação acústica gera um intenso corte local e microcorrentes que rompem as membranas celulares e promovem a transferência de massa entre o interior da célula e o meio envolvente.
Sistema ultrassónico de produção de vacinas: Sonicador industrial UIP2000hdT com reator em aço inoxidável
Quais são as vantagens da rutura celular ultrassónica?
Este mecanismo de funcionamento confere à sonicação uma vantagem decisiva sobre a lise química: não são necessários detergentes, lisozima, proteinase K nem outros reagentes de lise que possam alterar o lisado, interferir com a purificação a jusante ou ter de ser removidos antes do processamento posterior. A rutura enzimática, por outro lado, necessita de longos tempos de incubação e fornece frequentemente resultados não reprodutíveis. Como a intensidade do tratamento ultrassónico pode ser ajustada exatamente à amostra biológica, evitam-se o processamento excessivo, a degradação e a perda de rendimento.
Aplique a sonicação para:
- romper e lisar células infetadas por vírus de culturas aderentes e em suspensão
- libertar partículas virais intracelulares e associadas à membrana
- solubilizar a massa celular e reduzir a viscosidade da colheita
- homogeneizar e desaglomerar os detritos celulares para facilitar a clarificação
- dispersar os aglomerados de vírus numa suspensão uniforme
- inativar agentes patogénicos com amplitude, pressão e tempo de exposição definidos
- intensificar as etapas de lise baseadas em detergentes ou enzimas, quando estas forem necessárias
Rutura celular ultrassónica à escala industrial: Sonicador UIP6000hdT com célula de fluxo em aço inoxidável para o processamento contínuo de culturas celulares infetadas por vírus.
Sonicador UP400St com célula de fluxo FC22K para a rutura celular em linha
Porquê utilizar a sonicação para a colheita viral?
Diagrama do processamento em linha de granel de rotavírus monovalente. O material a granel foi processado de forma asséptica diretamente a partir do recipiente de cultura (CF-10) e transferido por bomba peristáltica através de uma célula de fluxo do sonicador para romper os eventuais detritos celulares remanescentes. O material sonicado foi depois clarificado por filtração antes de ser depositado num recipiente intermédio para estabilização.
Estudo e imagem: Langston et al., 2026.
Vantagens
- ajustável com precisão ao processo
- lise puramente mecânica, sem produtos químicos
- processamento limpo e higiénico, células de fluxo compatíveis com CIP/SIP
- elevada reprodutibilidade com registo automático de dados
- ampliação de escala linear do laboratório à produção
- utilização fácil e segura, controlo remoto através do navegador
- equipamento fiável e robusto para funcionamento 24/7
- elevada eficiência energética, aprox. 80–90% da ficha de alimentação até ao líquido
Configuração típica do processo para a colheita viral
- Colher e concentrar. Recupere a cultura celular infetada (caldo de colheita, células raspadas de biorreatores de leito fixo ou de utilização única, ou sedimento celular centrifugado ressuspenso em tampão).
- Condicionar. Ajuste o tampão, o pH e a temperatura. A sonicação melhora também a mistura e a dissolução dos componentes do tampão de lise, se for utilizada uma etapa assistida por tampão ou detergente.
- Rutura ultrassónica. Faça passar a suspensão por uma célula de fluxo encamisada e com temperatura monitorizada (recirculação para trabalho em lote, passagem única ou múltipla para o processamento contínuo em linha). Ajuste a amplitude e o tempo de residência ao mínimo que alcance a taxa de rutura pretendida, de modo a preservar os antigénios virais.
- Inativação opcional. Aplique uma amplitude mais elevada, pressão elevada e uma exposição mais prolongada, ou termossonicação, para a inativação de agentes patogénicos de acordo com a estratégia da vacina.
- A jusante. Clarifique, centrifugue e/ou filtre o lisado, agora de baixa viscosidade e homogéneo, e prossiga com a cromatografia, a concentração e a formulação.
Após a colheita: formulação com a mesma tecnologia
A mesma plataforma da Hielscher que rompe as células trata também das etapas de formulação da vacina. A dispersão e a desaglomeração ultrassónicas produzem suspensões uniformes de antigénios, incluindo fragmentos celulares e antigénios proteicos, em polímeros ou encapsulações lipossomais. Os adjuvantes à base de alumínio, como o Alhydrogel™, consistem em minúsculas partículas primárias que se agregam facilmente; a dispersão ultrassónica proporciona a distribuição homogénea de antigénios e adjuvante necessária para uma integração bem-sucedida. Os sonicadores da Hielscher são ainda utilizados para formular fármacos e vacinas em lipossomas e transportadores nanoestruturados, como as nanopartículas lipídicas sólidas, com controlo preciso do tamanho do transportador, melhor carga de fármaco e maior estabilidade. A desgaseificação da suspensão final antes do enchimento em frascos ou seringas é outra etapa ultrassónica padrão.
Obtenha mais detalhes aqui: Ultrassons para a produção de vacinas.
Seguro, limpo e preparado para o fabrico regulamentado
- Peças em contacto com o produto em titânio ou aço inoxidável, esterilizáveis em autoclave
- Reatores de célula de fluxo compatíveis com CIP/SIP disponíveis
- Caixas em plástico antibacteriano ou aço inoxidável para instalação em sala limpa
- Documentação do processo automática e com deteção de adulterações em cartão SD/USB
- Funcionamento contínuo 24/7, baixa manutenção, sem arrefecimento forçado
- Sem esferas consumíveis, sem câmaras de moagem, sem contaminação cruzada entre lotes
Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade Made in Germany
Os ultrassonicadores da Hielscher são conhecidos pelos seus elevadíssimos padrões de qualidade e conceção. A robustez e a facilidade de utilização permitem a integração sem problemas dos nossos ultrassonicadores em instalações industriais. Condições difíceis e ambientes exigentes são geridos com facilidade pelos ultrassonicadores da Hielscher.
A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada ISO e dá especial ênfase a ultrassonicadores de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassonicadores da Hielscher estão em conformidade com a marcação CE e cumprem os requisitos de UL, CSA e RoHS.
Instalação de 2x UIP1000hdT (1kW cada, 20kHz) para a produção de produtos farmacêuticos
Perguntas frequentes sobre a rutura celular ultrassónica para a produção de vacinas de base viral
O que é a rutura celular ultrassónica?
A rutura celular ultrassónica utiliza ultrassons de alta intensidade, tipicamente na gama de 20 a 30 kHz, para romper as membranas celulares e libertar o material intracelular. As ondas de ultrassons de alta potência criam bolhas de cavitação no líquido. Quando estas bolhas colapsam, geram intensas forças de corte locais e microcorrentes que rompem mecanicamente as células e promovem a transferência de massa entre o interior da célula e o meio envolvente. Na produção de vacinas, isto é utilizado para lisar culturas celulares infetadas por vírus e libertar na colheita as partículas virais intracelulares e associadas à membrana.
Porquê usar sonicação em vez de lise química ou enzimática para a colheita viral?
A sonicação funciona exclusivamente com forças mecânicas. Não são necessários detergentes, lisozima, proteinase K nem outros reagentes de lise que possam alterar o lisado, interferir com a purificação a jusante ou ter de ser removidos antes do processamento posterior. Os reagentes químicos exigem normalmente uma preparação demorada e em várias etapas para evitar a inibição de ensaios posteriores e de outras etapas de pós-processamento. A rutura enzimática exige longos tempos de incubação e fornece frequentemente resultados não reprodutíveis. A lise ultrassónica sobrepõe ainda as etapas de ressuspensão, rutura e extração numa única operação contínua. Quando o seu processo exige uma etapa assistida por detergente ou enzima, a sonicação intensifica-a em vez de a substituir: a cavitação enfraquece as membranas e melhora a exposição uniforme de todas as células ao reagente.
Como se compara a sonicação com os métodos de homogeneização mecânica?
Os sonicadores de sonda transferem a energia ultrassónica de forma direta e eficiente, porque o sonotrodo está em contacto direto com a amostra. As técnicas de homogeneização de acionamento mecânico resultam frequentemente numa menor eficiência de transferência de energia. O processamento ultrassónico não necessita de esferas de moagem consumíveis nem de vedantes rotativos no fluxo de produto, nem de bicos ou câmaras que possam entupir com massa celular viscosa, e não há contaminação cruzada entre lotes.
A sonicação pode danificar o vírus ou o antigénio?
Esta é a tarefa-chave de otimização, e é controlável. Ao ajustar os parâmetros do processamento ultrassónico, os efeitos da sonicação podem ser controlados com precisão: uma amplitude baixa e uma sonicação curta têm efeitos muito suaves, enquanto amplitudes elevadas, pressão elevada e uma duração de sonicação mais longa resultam num processamento intenso. Como a intensidade pode ser ajustada exatamente à amostra biológica, evitam-se o processamento excessivo, a degradação e a perda de rendimento. Na prática, a amplitude, o tempo de residência e o número de passagens são definidos para o mínimo que alcance a taxa de rutura pretendida, com monitorização contínua da temperatura e arrefecimento.
O tratamento ultrassónico reduz a viscosidade da colheita?
Sim. As colheitas densas, de elevada densidade celular, são viscosas e difíceis de bombear devido ao ADN das células hospedeiras libertado e não fragmentado. O tratamento ultrassónico corta e fragmenta o ADN e o ARN, solubiliza a massa celular e desaglomera os detritos celulares. O resultado é uma suspensão homogénea e bombeável que alimenta de forma mais eficiente a clarificação, a centrifugação e a cromatografia. A fragmentação do ADN e do ARN por sonicação controlada é uma aplicação laboratorial bem estabelecida da mesma tecnologia.
Posso executar o processo em modo contínuo em linha?
Sim. Os sonicadores da Hielscher foram concebidos para funcionamento contínuo 24/7 em ambientes industriais e podem ser configurados com células de fluxo e reatores para sonicação contínua em linha, circuitos de recirculação ou integração em skids de produção e linhas de processamento. São possíveis tanto a passagem única como a passagem múltipla.
Como se faz a ampliação de escala do laboratório para a produção?
De forma linear, com base na energia introduzida mensurável. Todos os resultados de sonicação obtidos com um homogeneizador ultrassónico da Hielscher podem ser ampliados linearmente para caudais mais elevados no fabrico industrial; os parâmetros de sonicação desenvolvidos com um sonicador de bancada podem ser transferidos diretamente para sistemas maiores da Hielscher. O critério de ampliação de escala é a energia específica introduzida por volume, juntamente com a amplitude, o tempo de residência e a temperatura. A consultoria de processos da Hielscher inclui recomendações para a otimização de parâmetros (amplitude, energia específica E/V, tempo de residência, controlo de temperatura e pressão) associadas à energia introduzida mensurável.
A rutura celular ultrassónica é adequada para o fabrico em sala limpa e de tipo GMP?
Os ultrassonicadores da Hielscher podem ser facilmente instalados em laboratórios de sala limpa e em instalações de produção. As caixas são feitas de plástico antibacteriano ou aço inoxidável. Todas as peças em contacto com o produto, como os sonotrodos e as células de fluxo, são feitas de titânio ou aço inoxidável e podem ser esterilizadas em autoclave. Estão disponíveis reatores de célula de fluxo especiais que cumprem os requisitos avançados de CIP (clean-in-place) e SIP (sterilize-in-place). O transdutor da série industrial UIP tem grau de proteção IP64 e pode ser instalado em ambientes exigentes, enquanto o gerador é colocado à distância. Como os sonicadores da Hielscher convertem energia elétrica em oscilação mecânica com uma eficiência muito elevada, de aproximadamente 80–90% da ficha de alimentação até ao líquido, o transdutor pode ser integrado em caixas fechadas sem grelhas de ventilação, e não é necessário arrefecimento forçado, como ar comprimido ou água. Isto significa também que nenhum meio de arrefecimento entra em contacto com o processo. A documentação automática do processo apoia a rastreabilidade e a reprodutibilidade no fabrico regulamentado.
A sonicação também pode inativar o vírus para uma vacina inativada?
Sim. Os ultrassons de potência têm aplicação na inativação de agentes patogénicos como bactérias e vírus. Com a dose e a intensidade de sonicação adequadas, células e micróbios podem ser tratados de acordo com o objetivo do processo, de modo que a mesma plataforma serve tanto a lise para a colheita como a inativação. A combinação de sonicação e calor, conhecida como termossonicação, oferece uma taxa de esterilização mais rápida com uma intensidade e duração térmicas significativamente reduzidas, o que é vantajoso para preservar compostos sensíveis ao calor, como proteínas e antigénios. A inativação ultrassónica é geralmente utilizada em combinação com a química de inativação estabelecida, e a cinética de inativação completa tem de ser validada para cada vírus específico.
O mesmo sistema pode ser utilizado para as etapas de formulação após a colheita?
Sim. A mesma plataforma trata da dispersão de antigénios em suspensões, polímeros ou encapsulações lipossomais, da desaglomeração e distribuição uniforme de antigénios e adjuvantes à base de alumínio, como o Alhydrogel™, da formulação de vacinas em lipossomas e nanopartículas lipídicas sólidas com controlo preciso do tamanho do transportador e da etapa de desgaseificação antes do enchimento em frascos ou seringas.
Literatura / Referências
- 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.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassónicos de alto desempenho desde o laboratório até à escala industrial.