Vaccinuri virale pe bază de culturi celulare – dezintegrare celulară eficientă prin sonicare
Sonicatoarele Hielscher facilitează dezintegrarea și solubilizarea culturilor celulare infectate cu virusuri (de ex. Vero) pentru recoltarea virusului în producția de vaccinuri. Beneficiați de liza fiabilă și eficientă a culturilor celulare prin sonicare de înaltă performanță!
Dezintegrarea celulară pentru recoltarea virusului în vaccinurile pe bază de culturi celulare
Producția de vaccinuri pe bază de culturi celulare, de ex. în liniile celulare Vero, MDCK, EB66, CHO sau PER.C6, necesită recuperarea virusului din cultură la sfârșitul ciclului de infecție. În funcție de virus, o mare parte din virusul recoltat este asociată celulelor, fie intracelular, fie legată de membrana celulară. O recoltare completă și blândă depinde, prin urmare, de dezintegrarea eficientă a celulelor și de solubilizarea masei celulare. Liza ultrasonică este o metodă fiabilă și consacrată de multă vreme pentru dezintegrarea celulelor și eliberarea ulterioară a virusurilor, proteinelor virale, ADN-ului și ARN-ului. La tratarea culturilor celulare infectate cu virusuri, sonicarea – aplicarea ultrasunetelor de înaltă intensitate – deschide celulele, desprinde particulele virale de membrane și de resturile celulare și omogenizează recolta într-o suspensie pompabilă, cu vâscozitate redusă, care poate fi alimentată direct la clarificare, centrifugare și cromatografie.
Cum funcționează sonicarea?
Dezintegrarea celulară ultrasonică se bazează exclusiv pe forțe mecanice. Cavitația acustică generează forfecare locală intensă și microcurgeri care rup membranele celulare și favorizează transferul de masă între interiorul celulei și mediul înconjurător.
Sistem ultrasonic pentru producția de vaccinuri: Sonicator industrial UIP2000hdT cu reactor din oțel inoxidabil
Care sunt avantajele dezintegrării celulare ultrasonice?
Acest mecanism de funcționare conferă sonicării un avantaj decisiv față de liza chimică: nu sunt necesare detergenți, lizozim, proteinază K sau alți reactivi litici care pot modifica lizatul, pot interfera cu purificarea ulterioară sau trebuie îndepărtați înainte de procesarea ulterioară. Dezintegrarea enzimatică, în schimb, necesită timpi lungi de incubare și oferă adesea rezultate nereproductibile. Deoarece intensitatea tratamentului ultrasonic poate fi ajustată exact la proba biologică, se evită procesarea excesivă, degradarea și pierderea de randament.
Aplicați sonicarea pentru a:
- dezintegra și liza celulele infectate cu virusuri din culturi aderente și în suspensie
- elibera particulele virale intracelulare și cele asociate membranei
- solubiliza masa celulară și reduce vâscozitatea recoltei
- omogeniza și deaglomera resturile celulare pentru o clarificare mai ușoară
- dispersa aglomerările de virusuri într-o suspensie uniformă
- inactiva agenții patogeni la amplitudine, presiune și timp de expunere definite
- intensifica etapele de liză pe bază de detergenți sau enzime acolo unde acestea sunt necesare
Dezintegrare celulară ultrasonică la scară industrială: Sonicatorul UIP6000hdT cu celulă de curgere din oțel inoxidabil pentru procesarea continuă a culturilor celulare infectate cu virusuri.
Sonicatorul UP400St cu celulă de curgere FC22K pentru dezintegrare celulară în linie
De ce să folosiți sonicarea pentru recoltarea virusului?
Diagrama procesării în linie a materialului în vrac de rotavirus monovalent. Materialul în vrac a fost procesat aseptic direct din vasul de cultură (CF-10), transferat printr-o pompă peristaltică printr-o celulă de curgere a sonicatorului pentru a dezintegra orice resturi celulare rămase. Materialul sonicat a fost apoi clarificat prin filtrare înainte de a fi depus într-un recipient intermediar pentru stabilizare.
Studiu și imagine: Langston et al., 2026.
Avantaje
- reglabil cu precizie în funcție de proces
- liză pur mecanică, fără substanțe chimice
- procesare curată și igienică, celule de curgere compatibile CIP/SIP
- reproductibilitate ridicată cu înregistrare automată a datelor
- scalare liniară de la laborator la producție
- operare ușoară și sigură, control de la distanță prin browser
- echipament fiabil și robust pentru funcționare 24/7
- eficiență energetică ridicată, aprox. 80–90% de la priza electrică până în lichid
Configurație tipică a procesului pentru recoltarea virusului
- Recoltare și concentrare. Recuperați cultura celulară infectată (bulion de recoltare, celule răzuite din bioreactoare cu pat fix sau de unică folosință sau peletă celulară centrifugată, resuspendată în tampon).
- Condiționare. Ajustați tamponul, pH-ul și temperatura. Sonicarea îmbunătățește, de asemenea, amestecarea și dizolvarea componentelor tamponului de liză, dacă se utilizează o etapă asistată de tampon sau detergent.
- Dezintegrare ultrasonică. Treceți suspensia printr-o celulă de curgere cu manta, cu temperatură monitorizată (recirculare pentru lucrul în șarje, trecere unică sau multiplă pentru procesarea continuă în linie). Setați amplitudinea și timpul de rezidență la minimul care atinge gradul țintă de dezintegrare, astfel încât antigenele virale să fie păstrate.
- Inactivare opțională. Aplicați o amplitudine mai mare, presiune ridicată și expunere mai lungă sau termosonicare pentru inactivarea agenților patogeni, în conformitate cu strategia de vaccinare.
- Procesare ulterioară. Clarificați, centrifugați și/sau filtrați lizatul acum omogen, cu vâscozitate redusă, urmat de cromatografie, concentrare și formulare.
După recoltare: formularea cu aceeași tehnologie
Aceeași platformă Hielscher care dezintegrează celulele se ocupă și de etapele de formulare ale vaccinului. Dispersia și deaglomerarea ultrasonică produc suspensii uniforme de antigene, inclusiv fragmente celulare și antigene proteice, în polimeri sau încapsulări lipozomale. Adjuvanții pe bază de aluminiu, precum Alhydrogel™, constau din particule primare minuscule care se agregă ușor; dispersia ultrasonică asigură distribuția omogenă a antigenelor și adjuvantului, necesară pentru o integrare reușită. Sonicatoarele Hielscher sunt utilizate, de asemenea, pentru formularea medicamentelor și vaccinurilor în lipozomi și purtători nanostructurați, precum nanoparticulele lipidice solide, cu control precis al dimensiunii purtătorului, încărcare îmbunătățită cu medicament și stabilitate sporită. Degazarea suspensiei finite înainte de umplerea în flacoane sau seringi este o altă etapă ultrasonică standard.
Aflați mai multe detalii aici: Ultrasunete pentru producția de vaccinuri.
Sigur, curat și pregătit pentru producția reglementată
- Piese în contact cu mediul din titan sau oțel inoxidabil, autoclavabile
- Sunt disponibile reactoare cu celulă de curgere compatibile CIP/SIP
- Carcase din plastic antibacterian sau oțel inoxidabil pentru instalare în camere curate
- Documentare automată a procesului, cu manipularea evidențiată, pe card SD/USB
- Funcționare continuă 24/7, întreținere redusă, fără răcire forțată
- Fără bile consumabile, fără camere de măcinare, fără contaminare încrucișată între loturi
Proiectare, fabricație și consultanță – calitate made in Germany
Ultrasonicatoarele Hielscher sunt cunoscute pentru calitatea și standardele lor de proiectare de cel mai înalt nivel. Robustețea și operarea ușoară permit integrarea fără probleme a ultrasonicatoarelor noastre în instalațiile industriale. Condițiile dure și mediile solicitante sunt gestionate cu ușurință de ultrasonicatoarele Hielscher.
Hielscher Ultrasonics este o companie certificată ISO și pune un accent deosebit pe ultrasonicatoare de înaltă performanță, dotate cu tehnologie de ultimă generație și ușor de utilizat. Desigur, ultrasonicatoarele Hielscher sunt conforme CE și îndeplinesc cerințele UL, CSA și RoHs.
Instalarea a 2x UIP1000hdT (fiecare 1kW, 20kHz) pentru producția de produse farmaceutice
Întrebări frecvente despre dezintegrarea celulară ultrasonică pentru producția de vaccinuri pe bază de virusuri
Ce este dezintegrarea celulară ultrasonică?
Dezintegrarea celulară ultrasonică utilizează ultrasunete de înaltă intensitate, de obicei în intervalul 20–30 kHz, pentru a rupe membranele celulare și a elibera materialul intracelular. Undele ultrasonice de mare putere creează bule de cavitație în lichid. Când aceste bule se prăbușesc, generează forțe locale intense de forfecare și microcurgeri care dezintegrează mecanic celulele și favorizează transferul de masă între interiorul celulei și mediul înconjurător. În producția de vaccinuri, aceasta este utilizată pentru a liza culturile celulare infectate cu virusuri și pentru a elibera în recoltă particulele virale intracelulare și cele asociate membranei.
De ce să folosiți sonicarea în loc de liza chimică sau enzimatică pentru recoltarea virusului?
Sonicarea funcționează exclusiv prin forțe mecanice. Nu sunt necesare detergenți, lizozim, proteinază K sau alți reactivi litici care ar putea modifica lizatul, interfera cu purificarea ulterioară sau ar trebui îndepărtați înainte de procesarea ulterioară. Reactivii chimici necesită de obicei o pregătire laborioasă, în mai multe etape, pentru a preveni inhibarea testelor ulterioare și a altor etape de post-procesare. Dezintegrarea enzimatică necesită timpi lungi de incubare și oferă adesea rezultate nereproductibile. Liza ultrasonică combină, de asemenea, etapele de resuspendare, dezintegrare și extracție într-o singură operație continuă. Acolo unde procesul dumneavoastră necesită o etapă asistată de detergent sau enzimă, sonicarea o intensifică în loc să o înlocuiască: cavitația slăbește membranele și îmbunătățește expunerea uniformă a tuturor celulelor la reactiv.
Cum se compară sonicarea cu metodele mecanice de omogenizare?
Sonicatoarele cu sondă transferă energia ultrasonică direct și eficient, deoarece sonotroda este în contact direct cu proba. Tehnicile de omogenizare acționate mecanic conduc adesea la o eficiență mai redusă a transferului de energie. Procesarea ultrasonică nu necesită bile de măcinare consumabile sau etanșări rotative în fluxul de produs, nici duze sau camere care se pot înfunda cu masă celulară vâscoasă și nu produce contaminare încrucișată între loturi.
Poate sonicarea să deterioreze virusul sau antigenul?
Aceasta este sarcina-cheie de optimizare și poate fi controlată. Prin ajustarea parametrilor procesării ultrasonice, efectele sonicării pot fi controlate cu precizie: amplitudinea redusă și sonicarea scurtă au efecte foarte blânde, în timp ce amplitudinile mari, presiunea ridicată și durata mai lungă a sonicării duc la o procesare intensă. Deoarece intensitatea poate fi ajustată exact la proba biologică, se evită procesarea excesivă, degradarea și pierderea de randament. În practică, amplitudinea, timpul de rezidență și numărul de treceri sunt setate la minimul care atinge gradul țintă de dezintegrare, cu monitorizare continuă a temperaturii și răcire.
Reduce tratamentul ultrasonic vâscozitatea recoltei?
Da. Recoltele dense, cu densitate celulară mare, sunt vâscoase și greu de pompat din cauza ADN-ului celulei gazdă eliberat și nefragmentat. Tratamentul ultrasonic forfecă și fragmentează ADN-ul și ARN-ul, solubilizează masa celulară și deaglomerează resturile celulare. Rezultatul este o suspensie omogenă, pompabilă, care alimentează mai eficient clarificarea, centrifugarea și cromatografia. Fragmentarea ADN-ului și ARN-ului prin sonicare controlată este o aplicație de laborator bine consacrată a aceleiași tehnologii.
Pot rula procesul în regim continuu, în linie?
Da. Sonicatoarele Hielscher sunt concepute pentru funcționare continuă 24/7 în medii industriale și pot fi configurate cu celule de curgere și reactoare pentru sonicare continuă în linie, bucle de recirculare sau integrare în module de producție și linii de procesare. Sunt posibile atât funcționarea cu trecere unică, cât și cu treceri multiple.
Cum fac scalarea de la laborator la producție?
Liniar, pe baza energiei introduse măsurabile. Toate rezultatele sonicării obținute cu un omogenizator ultrasonic Hielscher pot fi scalate liniar la debite mai mari în producția industrială; parametrii de sonicare dezvoltați cu un sonicator de laborator pot fi transferați direct la sisteme Hielscher mai mari. Criteriul de scalare este energia specifică introdusă pe volum, împreună cu amplitudinea, timpul de rezidență și temperatura. Consultanța de proces Hielscher include recomandări pentru optimizarea parametrilor (amplitudine, energie specifică E/V, timp de rezidență, controlul temperaturii și presiunii) legate de energia introdusă măsurabilă.
Este dezintegrarea celulară ultrasonică potrivită pentru camere curate și producție de tip GMP?
Ultrasonicatoarele Hielscher pot fi instalate cu ușurință în laboratoare cu camere curate și în instalații de producție. Carcasele sunt realizate din plastic antibacterian sau oțel inoxidabil. Toate piesele aflate în contact cu mediul, precum sonotrodele și celulele de curgere, sunt realizate din titan sau oțel inoxidabil și pot fi autoclavate. Sunt disponibile reactoare speciale cu celulă de curgere care îndeplinesc cerințele avansate CIP (clean-in-place) și SIP (sterilize-in-place). Traductorul seriei industriale UIP are grad de protecție IP64 și poate fi instalat în medii solicitante, în timp ce generatorul este amplasat la distanță. Deoarece sonicatoarele Hielscher transformă energia electrică în oscilație mecanică cu o eficiență foarte ridicată, de aproximativ 80–90% de la priza electrică până în lichid, traductorul poate fi integrat în carcase închise, fără fante de ventilație, și nu este necesară răcirea forțată, de exemplu cu aer comprimat sau apă. Aceasta înseamnă, de asemenea, că niciun mediu de răcire nu vine în contact cu procesul. Documentarea automată a procesului sprijină trasabilitatea și reproductibilitatea în producția reglementată.
Poate sonicarea să inactiveze și virusul pentru un vaccin inactivat?
Da. Ultrasunetele de putere își găsesc aplicarea în inactivarea agenților patogeni, precum bacteriile și virusurile. Cu doza și intensitatea adecvate ale sonicării, celulele și microbii pot fi tratați în conformitate cu obiectivul procesului, astfel încât aceeași platformă servește atât liza pentru recoltare, cât și inactivarea. Combinația dintre sonicare și căldură, cunoscută sub numele de termosonicare, oferă o rată mai rapidă de sterilizare, cu intensitate și durată termică semnificativ reduse, ceea ce este avantajos pentru păstrarea compușilor sensibili la căldură, precum proteinele și antigenele. Inactivarea ultrasonică este utilizată în general în combinație cu chimia de inactivare consacrată, iar cinetica completă de inactivare trebuie validată pentru fiecare virus în parte.
Poate fi utilizat același sistem pentru etapele de formulare de după recoltare?
Da. Aceeași platformă se ocupă de dispersia antigenelor în suspensii, polimeri sau încapsulări lipozomale, de deaglomerarea și distribuția uniformă a antigenelor și a adjuvanților pe bază de aluminiu, precum Alhydrogel™, de formularea vaccinurilor în lipozomi și nanoparticule lipidice solide cu control precis al dimensiunii purtătorului și de etapa de degazare înainte de umplerea în flacoane sau seringi.
Literatură / referințe
- 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.
Hielscher Ultrasonics fabrică omogenizatoare ultrasonice de înaltă performanță, de la dimensiune de laborator până la dimensiune industrială.