Soluções ultra-sónicas para uma melhor produção de vacinas

• A sonicação é utilizada em várias etapas da preparação de vacinas: para lise celular, para homogeneizar suspensões celulares, para estimular o crescimento celular, para encapsulação, para ligação de proteínas adjuvantes, etc.
• Os sonicadores Hielscher são utilizados na produção de antigénio, encapsulamento e formulação, bem como na etapa de desgaseificação antes de encher a vacina em frascos ou seringas.
• A Hielscher Ultrasonics é o seu parceiro de longa experiência para sistemas de ultra-sons fiáveis na indústria farmacêutica. Descubra em que etapas do processo de fabrico de vacinas pode melhorar a sua produção!

Produção de vacinas

A ultrassonografia pode ser benéfica durante várias fases da produção de vacinas. Para produzir uma vacina, o primeiro passo é preparar o próprio antigénio. Dependendo do tipo de agente patogénico, o método de geração do antigénio é diferente: Enquanto os vírus são cultivados em células primárias, tais como ovos de galinha (por exemplo, para a gripe) ou em linhas celulares contínuas, tais como células humanas cultivadas (por exemplo, para a hepatite A), as bactérias são cultivadas em bioreactores (por exemplo, Haemophilus influenzae tipo b). As proteínas recombinantes, que foram derivadas de vírus ou bactérias, também podem ser cultivadas em leveduras, bactérias ou culturas de células. Quando o antigénio é produzido, tem de ser libertado das células em que foi cultivado.
Um vírus pode necessitar de ser inactivado, podendo não ser necessária qualquer outra purificação. As proteínas recombinantes necessitam de muitas operações que envolvem ultrafiltração e cromatografia em coluna. Dependendo da formulação da vacina, são adicionados um adjuvante, agentes estabilizadores e conservantes. Os adjuvantes aumentam a resposta imunitária do antigénio, os estabilizadores e os conservantes aumentam o prazo de validade.
Durante o fabrico de vacinas, a sonicação pode ser aplicada em várias fases. Sendo um método de processamento não térmico, evita-se a degradação térmica de material valioso. Veja abaixo as aplicações mais comuns em que os ultra-sons melhoram a produção de vacinas:

Dispersão de antigénios

Os antigénios, tais como fragmentos de células ou antigénios de proteínas, devem ser homogeneamente dispersos numa suspensão, polímero ou encapsulamento lipossómico, de modo a obter uma formulação de vacina estável. A sonicação está comprovada há muito tempo para preparar dispersões finas no fabrico de produtos farmacêuticos e é, portanto, uma técnica estabelecida na produção moderna de vacinas.
Os adjuvantes à base de alumínio, compostos por partículas primárias muito pequenas, são um tipo de adjuvante comummente utilizado, que pode ser facilmente agregado numa unidade funcional em formulações de vacinas. A fim de combinar adjuvantes com antigénios, é necessária uma distribuição uniforme do antigénio em toda a vacina contendo alumínio. A dispersão ultra-sónica prepara dispersões homogéneas de antigénios e adjuvantes (por exemplo, Alhydrogel™).

Lise celular & Extração

Os antigénios produzidos pelos microrganismos devem ser libertados da célula microbiana. A sonicação é uma tecnologia comprovada de lise e extração celular. Através do ajuste dos parâmetros de sonicação, as células podem ser perfuradas ou rompidas de modo a que os antigénios visados fiquem disponíveis e possam ser isolados.

Inativação de agentes patogénicos

Os ultra-sons de potência são aplicados para desorganizar e matar microrganismos, como bactérias e vírus. Por exemplo, a desativação ultra-sónica de E. coli seguida de irradiação demonstrou ser a técnica mais potente para a preparação de uma vacina eficaz contra a colibacilose. [Melamed et al. 1991]
As técnicas habitualmente utilizadas para a inativação microbiana são a pasteurização e a esterilização térmicas, que se baseiam na exposição prolongada a temperaturas elevadas e conduzem frequentemente à deterioração induzida termicamente das propriedades funcionais. Um tratamento combinado de sonicação e calor (termo-sonicação) pode acelerar a taxa de esterilização; uma vez que a intensidade e a duração térmicas são significativamente reduzidas, a degradação térmica de compostos sensíveis ao calor (por exemplo, proteínas, antigénios). A esterilização e a pasteurização por ultra-sons são rentáveis, poupam energia e não prejudicam o ambiente.

Emulsões & suspensões

As formulações de vacinas podem consistir em misturas de água e lípidos. Uma vez que as formulações de água e lípidos são imiscíveis, deve ser preparada uma emulsão de tamanho fino através da superação das gotículas’ tensão superficial ou utilizando um agente tensioativo. A emulsificação ultra-sónica é uma técnica bem estabelecida para formular Nano-emulsões / mini-emulsões, emulsões duplas e Emulsões Pickering. Por exemplo, os lipopeptídeos insolúveis em água podem ser suspensos por ultra-sons com antigénio numa proporção de 1:1 (w/w) numa solução aquosa.
Além disso, a sonicação é aplicada para reduzir os agregados celulares e para distribuir uniformemente as células individuais dispersas na suspensão.

Adjuvantes e conservantes

As vacinas contêm normalmente um ou mais adjuvantes, utilizados para estimular a resposta imunitária. Por ultra-sons, as microfibras adjuvantes são desembaraçadas e homogeneamente dispersas de modo a melhorar a ligação das proteínas à superfície. Os sistemas adjuvantes à base de emulsão são amplamente utilizados no desenvolvimento e formulação de vacinas. Estes sistemas adjuvantes baseados em emulsões podem ser formulados utilizando vários tipos de emulsões, tais como óleo em água (o/w), água em óleo (w/o), água em óleo em água (w/o/w), ou emulsões estabilizadas com proteínas.
Além disso, são adicionados conservantes para evitar a contaminação da vacina por bactérias ou fungos. Os conservantes podem ser utilizados em várias fases da produção de vacinas.
A utilização de homogeneizadores ultra-sónicos promove uma mistura e dispersão mais uniforme e fina, constituindo assim uma ferramenta fiável para uma produção mais eficiente de vacinas.

Formulação & encapsulamento lipossómico

As vacinas encapsuladas em lipossomas podem ser administradas por via oral, intranasal, intramuscular ou subcutânea e constituem um método de administração de vacinas e um adjuvante vantajoso, que pode melhorar a administração orientada e reduzir a toxicidade dos antigénios encapsulados. A sonicação é uma técnica fiável para encapsular compostos activos em formulações lipossómicas. Leia aqui mais sobre a formulação ultra-sónica de lipossomas!
Por exemplo, a fim de formular uma vacina veterinária contra a doença de Newcastle, Zhao et al. (2011) preparou um fosfatidilcolina / colesterol pequenas vesículas unilamelares (SUV) sob sonicação. A vacina ultrassonicamente encapsulada mostrou uma resposta imune melhorada, títulos de anticorpos IgG e IgM mais elevados, bem como a proliferação de células T e células B.

Desgaseificação de suspensões farmacêuticas

Durante a produção de vacinas e produtos farmacêuticos e antes da embalagem, as vacinas e os líquidos, tais como suspensões, soluções, emulsões e formulações finais, devem ser desgaseificados. Durante a etapa de desgaseificação / desaeração, são removidas as bolhas de gás (por exemplo, oxigénio, dióxido de carbono) que se encontram retidas no líquido. As ondas ultra-sónicas promovem a coalescência das bolhas de gás aprisionadas nos líquidos. As bolhas coalescidas têm uma maior flutuabilidade e sobem à superfície do líquido. A remoção das bolhas de gás pode ser melhorada quando se aplica um ligeiro vácuo ao recipiente de sonicação. A desgaseificação assistida por ultra-sons é uma técnica de desaeração fácil e rápida de suspensões aquosas.

Crescimento celular intensificado

A agitação ultra-sónica durante a inoculação (o processo de introdução de microrganismos num meio de cultura) pode aumentar o crescimento de culturas de células. A intensidade da sonicação, a temperatura e o tempo de retenção nos biorreactores ultra-sónicos Hielscher podem ser regulados exatamente em função do tipo de célula e dos seus requisitos.
Por exemplo, a sonicação ligeira pode ser aplicada para aumentar a absorção de glucose pelas células e promover assim o crescimento de culturas e suspensões celulares. Sabe-se que os ultra-sons aumentam a permeabilidade das células, o que, por sua vez, pode melhorar a troca de nutrientes/resíduos, conduzindo assim a uma melhor produção de vacinas. Deste modo, o tempo de produção de vacinas pode ser encurtado e/ou o rendimento das proteínas utilizadas como vacinas pode ser aumentado.

Reactores farmacêuticos Hielscher Ultrasonics

A Hielscher Ultrasonics é especializada na produção de sistemas de ultra-sons de alta potência e de sono-bioreactores para a implementação em R&D e produção industrial de produtos farmacêuticos (por exemplo vacinas, APIs).
A sonicação pode ser aplicada a recipientes abertos, reactores fechados e reactores de fluxo contínuo. Todas as peças dos sistemas de ultra-sons, que entram em contacto com o meio líquido, são feitas de aço inoxidável, titânio ou vidro. As peças autoclaváveis e os acessórios sanitários asseguram a produção de de qualidade farmacêutica produtos.
O software inteligente regista automaticamente os parâmetros do processo de sonicação no cartão de memória SD integrado. O controlo preciso de todos os parâmetros de sonicação assegura a reprodutibilidade e a fiabilidade do resultado do processo.

Normalização da produção.
Os processadores ultra-sónicos industriais da Hielscher Ultrasonics são altamente fiáveis e podem ser controlados com precisão. Todos os ultrassons industriais podem ser ajustados para fornecer uma gama completa de amplitudes baixas a muito altas. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados. A robustez dos sonicadores Hielscher permite um funcionamento 24/7 em condições de trabalho pesado e em ambientes exigentes.