Soluções ultrassónicas para melhorar a produção de vacinas

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

Produção de vacinas

O tratamento ultrassónico pode ser benéfico em várias etapas da produção de vacinas. Para produzir uma vacina, o primeiro passo é preparar o próprio antigénio. O método de geração do antigénio varia consoante o tipo de agente patogénico: enquanto os vírus são cultivados em células primárias, como ovos de galinha (por exemplo, para a gripe), ou em linhas celulares contínuas, como células humanas em cultura (por exemplo, para a hepatite A), as bactérias são cultivadas em biorreatores (por exemplo, Haemophilus influenzae tipo b). As proteínas recombinantes derivadas de vírus ou bactérias também podem ser cultivadas em leveduras, bactérias ou culturas celulares. Quando o antigénio é produzido, tem de ser libertado das células nas quais foi cultivado.
Um vírus pode necessitar de ser inativado, possivelmente sem necessidade de purificação adicional. As proteínas recombinantes requerem muitas operações que envolvem ultrafiltração e cromatografia em coluna. Dependendo da formulação da vacina, adicionam-se um adjuvante, agentes estabilizadores e conservantes. Os adjuvantes reforçam a resposta imunitária ao antigénio; os estabilizadores e os conservantes aumentam o prazo de validade.
Durante o fabrico de vacinas, a sonicação pode ser aplicada em várias etapas. Por se tratar de um método de processamento não térmico, evita-se a degradação térmica de material valioso. Encontre abaixo as aplicações mais comuns em que os ultrassons melhoram a produção de vacinas:

Dispersão de antigénios

Os antigénios, como os antigénios de fragmentos celulares ou os antigénios proteicos, têm de ser dispersos homogeneamente numa suspensão, num polímero ou numa encapsulação lipossómica para obter uma formulação de vacina estável. A sonicação tem provas dadas há muito tempo na preparação de dispersões finas no fabrico de produtos farmacêuticos e é, por isso, 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 frequentemente utilizado, que pode ser facilmente agregado numa unidade funcional nas formulações de vacinas. Para combinar adjuvantes com antigénios, é necessária uma distribuição uniforme do antigénio por toda a vacina que contém alumínio. A dispersão ultrassónica permite preparar dispersões homogéneas de antigénios e adjuvantes (por exemplo, Alhydrogel™).

Lise celular e extração

Os antigénios produzidos a partir de microrganismos têm de ser libertados da célula microbiana. A sonicação é uma tecnologia comprovada de lise celular e extração. Ajustando os parâmetros de sonicação, as células podem ser perfuradas ou sofrer rutura, de modo a que os antigénios pretendidos fiquem disponíveis e possam ser isolados.
Descubra como a sonicação facilita a libertação de vírus nas vacinas virais baseadas em culturas celulares!

Inativação de agentes patogénicos

Os ultrassons de potência são aplicados para romper e eliminar microrganismos, como bactérias e vírus. Por exemplo, demonstrou-se que a inativação ultrassónica de E. coli seguida de irradiação é 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 térmica e a esterilização, que se baseiam numa exposição prolongada a temperaturas elevadas e conduzem frequentemente à deterioração das propriedades funcionais induzida pelo calor. Um tratamento combinado de sonicação e calor (termossონicação) pode acelerar a taxa de esterilização; uma vez que a intensidade e a duração do tratamento térmico são significativamente reduzidas, a degradação térmica dos compostos sensíveis ao calor (por exemplo, proteínas, antigénios). A esterilização e a pasteurização ultrassónicas são economicamente eficientes, poupam energia e são amigas do ambiente.

Emulsões e suspensões

As formulações de vacinas podem consistir em misturas de água e lípidos. Como as formulações de água e lípidos são imiscíveis, é necessário preparar uma emulsão de gotículas finas, quer superando a tensão superficial das gotículas, quer utilizando um tensioativo. A emulsificação ultrassónica é uma técnica bem estabelecida para formular nanoemulsões / miniemulsões, emulsões duplas e emulsões de Pickering. Por exemplo, os lipopeptídeos insolúveis em água podem ser suspensos por ultrassons com o antigénio numa proporção de 1:1 (w/w) numa solução aquosa.
Além disso, a sonicação é aplicada para reduzir os agregados celulares e distribuir uniformemente na suspensão as células dispersas individualmente.

Adjuvantes e conservantes

As vacinas contêm normalmente um ou mais adjuvantes, utilizados para reforçar a resposta imunitária. Através do tratamento ultrassónico, as microfibras dos adjuvantes são desembaraçadas e dispersas homogeneamente, melhorando a ligação das proteínas à superfície. Os sistemas adjuvantes à base de emulsões são amplamente utilizados no desenvolvimento e na formulação de vacinas. Estes sistemas adjuvantes à base de emulsões podem ser formulados utilizando vários tipos de emulsão, como óleo em água (o/w), água em óleo (w/o), água em óleo em água (w/o/w) ou emulsões estabilizadas por proteínas.
Além disso, adicionam-se conservantes para evitar a contaminação das vacinas por bactérias ou fungos. Os conservantes podem ser utilizados em várias etapas da produção de vacinas.
A utilização de homogeneizadores ultrassónicos promove uma mistura e uma dispersão mais uniformes e finas, constituindo assim uma ferramenta fiável para uma produção de vacinas mais eficiente.

Formulação e encapsulação lipossómica

As vacinas encapsuladas em lipossomas podem ser administradas por via oral, intranasal, intramuscular e subcutânea e constituem um método vantajoso de administração de vacinas e um adjuvante, que poderia melhorar a administração direcionada e reduzir a toxicidade dos antigénios encapsulados. A sonicação é uma técnica fiável para encapsular compostos ativos em formulações lipossómicas. Leia aqui mais sobre a formulação ultrassónica de lipossomas!
Por exemplo, para formular uma vacina veterinária contra a doença de Newcastle, Zhao et al. (2011) prepararam pequenas vesículas unilamelares (SUV) de fosfatidilcolina/colesterol sob sonicação. A vacina encapsulada por ultrassons apresentou uma resposta imunitária reforçada, títulos mais elevados de anticorpos IgG e IgM, bem como proliferação de células T e células B.

Desgaseificação de suspensões farmacêuticas

Durante a produção de vacinas e produtos farmacêuticos e antes do acondicionamento, as vacinas e os líquidos, como suspensões, soluções, emulsões e formulações finais, têm de ser desgaseificados. Durante a etapa de desgaseificação / desaeração, são removidas as bolhas de gás (por exemplo, oxigénio, dióxido de carbono) retidas no líquido. As ondas ultrassónicas promovem a coalescência das bolhas de gás retidas nos líquidos. As bolhas que coalescem têm 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 ultrassons é uma técnica fácil e rápida de desaeração de suspensões aquosas.

Crescimento celular intensificado

A agitação ultrassónica durante a inoculação (o processo de introdução de microrganismos num meio de cultura) pode aumentar o crescimento das culturas celulares. A intensidade da sonicação, a temperatura e o tempo de retenção nos biorreatores ultrassónicos Hielscher podem ser regulados com exatidão em função do tipo de célula e dos seus requisitos.
Por exemplo, pode aplicar-se uma sonicação suave para aumentar a captação de glicose pelas células e, assim, promover o crescimento das culturas e suspensões celulares. Sabe-se que os ultrassons aumentam a permeabilidade celular, o que, por sua vez, pode melhorar a troca de nutrientes / resíduos, conduzindo assim a uma maior produção de vacinas. Deste modo, o tempo de produção das vacinas pode ser reduzido e/ou o rendimento das proteínas utilizadas como vacinas pode ser aumentado.

Reatores farmacêuticos Hielscher Ultrasonics

A Hielscher Ultrasonics é especializada na produção de sistemas ultrassónicos de alta potência e sonobiorreatores para utilização em I&D e na produção industrial de produtos farmacêuticos (por exemplo, vacinas, princípios ativos farmacêuticos).
A sonicação pode ser aplicada em recipientes abertos, reatores fechados e reatores de fluxo contínuo. Todas as peças dos sistemas ultrassónicos que entram em contacto com o meio líquido são fabricadas em aço inoxidável, titânio ou vidro. As peças autoclaváveis e as conexões sanitárias asseguram a produção de produtos de grau farmacêutico .
Um 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 ultrassónicos industriais da Hielscher Ultrasonics são altamente fiáveis e podem ser controlados com precisão. Todos os sonicadores industriais podem ser ajustados para fornecer toda a gama de amplitudes, desde as mais baixas até às muito elevadas. É possível manter facilmente amplitudes de até 200µm de forma contínua em funcionamento 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultrassónicos personalizados. A robustez dos sonicadores Hielscher permite o funcionamento 24/7 sob condições de trabalho intensivo e em ambientes exigentes.