Вакцины на основе клеточных культур – эффективное разрушение клеток с помощью ультразвука

Часто задаваемые вопросы об ультразвуковом разрушении клеток при производстве вакцин на основе вирусов

Что такое ультразвуковое разрушение клеток?

Ультразвуковое разрушение клеток использует ультразвук высокой интенсивности, как правило в диапазоне от 20 до 30 kHz, чтобы вскрыть клеточные мембраны и высвободить внутриклеточное содержимое. Мощные ультразвуковые волны создают в жидкости кавитационные пузырьки. Когда эти пузырьки схлопываются, они создают интенсивные локальные сдвиговые силы и микропотоки, которые механически разрушают клетки и способствуют массопереносу между внутренним содержимым клетки и окружающей средой. При производстве вакцин это используется для лизиса клеточных культур, инфицированных вирусом, и для высвобождения внутриклеточных и связанных с мембраной вирусных частиц в собираемый материал.

Почему для сбора вируса стоит использовать ультразвук, а не химический или ферментативный лизис?

Ультразвуковая обработка работает исключительно с механическими силами. Не требуются детергенты, лизоцим, протеиназа K и другие реагенты для лизиса, которые могут изменить лизат, помешать последующей очистке или которые необходимо удалять перед дальнейшей обработкой. Химические реагенты, как правило, требуют трудоёмкой многоэтапной подготовки, чтобы предотвратить ингибирование последующих анализов и других этапов дальнейшей обработки. Ферментативное разрушение требует длительной инкубации и часто даёт невоспроизводимые результаты. Ультразвуковой лизис к тому же объединяет этапы ресуспендирования, разрушения и экстракции в одну непрерывную операцию. Если ваш процесс требует этапа с применением детергента или фермента, ультразвуковая обработка усиливает его, а не заменяет: кавитация ослабляет мембраны и улучшает равномерное воздействие реагента на все клетки.

Как ультразвуковая обработка соотносится с методами механической гомогенизации?

Соникаторы зондового типа передают ультразвуковую энергию напрямую и эффективно, поскольку сонотрод находится в непосредственном контакте с образцом. Методы гомогенизации с механическим приводом часто приводят к более низкой эффективности передачи энергии. Ультразвуковая обработка не требует расходных измельчающих шариков или вращающихся уплотнений в потоке продукта, форсунок или камер, которые могут засориться вязкой клеточной массой, и исключает перекрёстное загрязнение между партиями.

Может ли ультразвуковая обработка повредить вирус или антиген?

Это ключевая задача оптимизации, и она поддаётся контролю. Регулируя параметры ультразвуковой обработки, можно точно контролировать её воздействие: низкая амплитуда и короткая обработка оказывают очень мягкое воздействие, а высокие амплитуды, повышенное давление и более длительная обработка приводят к интенсивному воздействию. Поскольку интенсивность можно точно подобрать для биологического образца, чрезмерная обработка, деградация и потери выхода исключены. На практике амплитуду, время пребывания и число проходов устанавливают на минимальные значения, при которых достигается целевая степень разрушения, при непрерывном контроле температуры и охлаждении.

Снижает ли ультразвуковая обработка вязкость собранного материала?

Да. Плотный собранный материал с высокой плотностью клеток вязкий и плохо перекачивается из-за высвободившейся нефрагментированной ДНК клеток-хозяев. Ультразвуковая обработка разрезает и фрагментирует ДНК и РНК, а также солюбилизирует клеточную массу и деагломерирует клеточный дебрис. В результате получается однородная перекачиваемая суспензия, которая эффективнее подаётся на осветление, центрифугирование и хроматографию. Фрагментация ДНК и РНК с помощью контролируемой ультразвуковой обработки – это хорошо зарекомендовавшее себя лабораторное применение той же технологии.

Можно ли вести процесс в непрерывном инлайн-режиме?

Да. Соникаторы Hielscher рассчитаны на непрерывную круглосуточную работу 24/7 в промышленных условиях и могут быть оснащены проточными ячейками и реакторами для непрерывной инлайн-обработки ультразвуком, контуров рециркуляции или интеграции в производственные модули и технологические линии. Возможна работа как в режиме однократного, так и многократного прохода.

Как масштабировать процесс от лаборатории до производства?

Линейно, на основе измеримого подвода энергии. Все результаты ультразвуковой обработки, полученные с помощью ультразвукового гомогенизатора Hielscher, можно линейно масштабировать до более высокой производительности в промышленном производстве; параметры ультразвуковой обработки, разработанные на настольном соникаторе, можно напрямую переносить на более крупные системы Hielscher. Критерием масштабирования является удельный подвод энергии на единицу объёма вместе с амплитудой, временем пребывания и температурой. Консультирование Hielscher по процессам включает рекомендации по оптимизации параметров (амплитуда, удельная энергия E/V, время пребывания, контроль температуры и давления), привязанные к измеримому подводу энергии.

Подходит ли ультразвуковое разрушение клеток для чистых помещений и производства в стиле GMP?

Ультразвуковые аппараты Hielscher можно легко устанавливать в чистых помещениях лабораторий и производственных объектов. Корпуса изготовлены из антибактериального пластика или нержавеющей стали. Все детали, контактирующие со средой, такие как сонотроды и проточные ячейки, изготовлены из титана или нержавеющей стали и могут автоклавироваться. Доступны специальные реакторы с проточной ячейкой, отвечающие повышенным требованиям CIP (безразборная мойка) и SIP (безразборная стерилизация). Преобразователь промышленной серии UIP имеет степень защиты IP64 и может устанавливаться в сложных условиях, при этом генератор размещается отдельно. Поскольку соникаторы Hielscher преобразуют электрическую энергию в механические колебания с очень высоким КПД около 80–90% от розетки до жидкости, преобразователь можно встраивать в закрытые корпуса без вентиляционных решёток, а принудительное охлаждение, например сжатым воздухом или водой, не требуется. Это также означает, что охлаждающая среда не контактирует с процессом. Автоматическая документация процесса обеспечивает прослеживаемость и воспроизводимость в регулируемом производстве.

Может ли ультразвуковая обработка также инактивировать вирус для инактивированной вакцины?

Да. Мощный ультразвук применяется для инактивации патогенов, таких как бактерии и вирусы. При подходящей дозе и интенсивности ультразвуковой обработки клетки и микробы можно обрабатывать в соответствии с целью процесса, поэтому одна и та же платформа служит как для лизиса при сборе, так и для инактивации. Сочетание ультразвуковой обработки и нагрева, известное как термосонификация, обеспечивает более высокую скорость стерилизации при значительно сниженной термической интенсивности и продолжительности, что выгодно для сохранения термочувствительных соединений, таких как белки и антигены. Ультразвуковая инактивация, как правило, применяется в сочетании с устоявшейся химией инактивации, а полная кинетика инактивации должна быть валидирована для каждого конкретного вируса.

Можно ли использовать ту же систему для этапов приготовления готовой формы после сбора?

Да. Та же платформа обеспечивает диспергирование антигена в суспензиях, полимерах или липосомальных инкапсуляциях, деагломерацию и равномерное распределение антигенов и адъювантов на основе алюминия, таких как Alhydrogel™, приготовление вакцин в виде липосом и твёрдых липидных наночастиц с точным контролем размера носителя, а также этап дегазации перед розливом во флаконы или шприцы.