Ультразвуковые решения для улучшения производства вакцин

• Обработка ультразвуком используется на различных этапах приготовления вакцин: для лизиса клеток, гомогенизации клеточных суспензий, стимуляции роста клеток, инкапсуляции, связывания белков с адъювантами и т. д.
• Ультразвуковые аппараты Hielscher используются при производстве антигенов, инкапсуляции и разработке составов, а также на этапе дегазации перед розливом вакцины во флаконы или шприцы.
• Hielscher Ultrasonics – ваш партнёр с многолетним опытом в области надёжных ультразвуковых систем для фармацевтической промышленности. Узнайте, на каких этапах изготовления вакцин ультразвук может улучшить ваше производство!

Производство вакцин

Обработка ультразвуком может быть полезна на различных стадиях производства вакцин. Для производства вакцины сначала необходимо подготовить сам антиген. Метод получения антигена зависит от типа патогена: вирусы выращивают либо на первичных клетках, таких как куриные яйца (например, для гриппа), либо на перевиваемых клеточных линиях, таких как культивируемые клетки человека (например, для гепатита A), а бактерии выращивают в биореакторах (например, Haemophilus influenzae типа b). Рекомбинантные белки, полученные из вирусов или бактерий, также можно выращивать в дрожжах, бактериях или клеточных культурах. После получения антигена его необходимо высвободить из клеток, в которых он был выращен.
Может потребоваться инактивация вируса, причём дальнейшая очистка, возможно, не понадобится. Для рекомбинантных белков требуется множество операций, включающих ультрафильтрацию и колоночную хроматографию. В зависимости от состава вакцины добавляют адъювант, стабилизаторы и консерванты. Адъюванты усиливают иммунный ответ на антиген, а стабилизаторы и консерванты увеличивают срок хранения.
При изготовлении вакцин обработку ультразвуком можно применять на различных стадиях. Этот нетермический метод обработки позволяет избежать термического разрушения ценного материала. Ниже приведены наиболее распространённые области применения, в которых ультразвук улучшает производство вакцин:

Диспергирование антигенов

Антигены, такие как клеточные фрагменты или белковые антигены, необходимо однородно диспергировать в суспензии, полимере или системе липосомальной инкапсуляции, чтобы получить стабильный состав вакцины. Эффективность обработки ультразвуком для приготовления тонкодисперсных систем при изготовлении фармацевтических препаратов подтверждена многолетним опытом, поэтому она является хорошо зарекомендовавшим себя методом современного производства вакцин.
Адъюванты на основе алюминия, состоящие из очень мелких первичных частиц, относятся к широко используемому типу адъювантов, которые легко объединяются в функциональную единицу в составе вакцин. Для объединения адъювантов с антигенами требуется равномерное распределение антигена по всему объёму алюминийсодержащей вакцины. Ультразвуковое диспергирование позволяет получать однородные дисперсии антигенов и адъювантов (например, Alhydrogel™).

Лизис клеток и экстракция

Антигены, полученные из микроорганизмов, необходимо высвободить из микробной клетки. Обработка ультразвуком – проверенная технология лизиса клеток и экстракции. Регулируя параметры обработки ультразвуком, можно перфорировать или разрушать клетки, чтобы целевые антигены стали доступными и их можно было выделить.
Узнайте, как ультразвуковая обработка облегчает высвобождение вируса при производстве вакцин на основе клеточных культур!

Инактивация патогенов

Мощный ультразвук применяется для разрушения и уничтожения микроорганизмов, таких как бактерии и вирусы. Например, было показано, что ультразвуковая инактивация E. coli с последующим облучением является наиболее действенным методом приготовления эффективной вакцины против колибактериоза. [Melamed et al. 1991]
Широко используемые методы инактивации микроорганизмов – термическая пастеризация и стерилизация, основанные на длительном воздействии высоких температур и часто приводящие к обусловленному нагревом ухудшению функциональных свойств. Комбинированное воздействие ультразвука и тепла (термообработка ультразвуком) может ускорить стерилизацию; поскольку интенсивность и продолжительность теплового воздействия значительно снижаются, термическое разрушение термочувствительных соединений (например, белков, антигенов). Ультразвуковая стерилизация и пастеризация экономически эффективны, энергосберегающи и экологичны.

Эмульсии и суспензии

Составы вакцин могут включать водно-липидные смеси. Поскольку вода и липиды в таких составах не смешиваются, необходимо приготовить мелкодисперсную эмульсию, либо преодолевая поверхностное натяжение капель, либо используя поверхностно-активное вещество. Ультразвуковое эмульгирование – хорошо зарекомендовавший себя метод получения наноэмульсий / миниэмульсий, двойных эмульсий и эмульсий Пикеринга. Например, нерастворимые в воде липопептиды можно с помощью ультразвука суспендировать с антигеном в соотношении 1:1 (w/w) в водном растворе.
Кроме того, обработка ультразвуком применяется для уменьшения клеточных агрегатов и равномерного распределения отдельных диспергированных клеток в суспензии.

Адъюванты и консерванты

Вакцины обычно содержат один или несколько адъювантов, используемых для усиления иммунного ответа. При обработке ультразвуком микроволокна адъюванта распутываются и однородно диспергируются, благодаря чему улучшается связывание белков на поверхности. Адъювантные системы на основе эмульсий широко используются при разработке вакцин и их составов. Такие адъювантные системы можно получать с использованием различных типов эмульсий, таких как «масло в воде» (o/w), «вода в масле» (w/o), «вода в масле в воде» (w/o/w), или эмульсий, стабилизированных белками.
Кроме того, для предотвращения загрязнения вакцины бактериями или грибами добавляют консерванты. Консерванты могут использоваться на различных стадиях производства вакцин.
Использование ультразвуковых гомогенизаторов способствует более равномерному и тонкому смешиванию и диспергированию и тем самым служит надёжным инструментом для более эффективного производства вакцин.

Разработка составов и липосомальная инкапсуляция

Вакцины, инкапсулированные в липосомы, можно вводить перорально, интраназально, внутримышечно и подкожно; они представляют собой предпочтительный способ доставки вакцины и адъювант, который мог бы улучшить адресную доставку и снизить токсичность заключённых в них антигенов. Обработка ультразвуком – надёжный метод инкапсуляции активных соединений в липосомальные составы. Узнайте здесь больше об ультразвуковом приготовлении липосом!
Например, для приготовления ветеринарной вакцины против болезни Ньюкасла Zhao et al. (2011) получили небольшие однослойные везикулы (SUV) из фосфатидилхолина/холестерина с помощью обработки ультразвуком. Вакцина, инкапсулированная с помощью ультразвука, продемонстрировала усиленный иммунный ответ, более высокие титры антител IgG и IgM, а также пролиферацию T-клеток и B-клеток.

Дегазация фармацевтических суспензий

В процессе производства вакцин и фармацевтических препаратов, а также перед упаковкой вакцины и жидкости, такие как суспензии, растворы, эмульсии и готовые составы, необходимо дегазировать. На этапе дегазации / деаэрации удаляют пузырьки газа (например, кислорода, углекислого газа), заключённые в жидкости. Ультразвуковые волны способствуют коалесценции пузырьков газа, заключённых в жидкостях. Объединившиеся пузырьки обладают большей плавучестью и поднимаются к поверхности жидкости. Удаление пузырьков газа можно усилить, создав небольшое разрежение в сосуде для обработки ультразвуком. Дегазация с помощью ультразвука – простой и быстрый метод деаэрации водных суспензий.

Усиление роста клеток

Ультразвуковое перемешивание во время инокуляции (процесса внесения микроорганизмов в питательную среду) может усилить рост клеточных культур. Интенсивность обработки ультразвуком, температуру и время пребывания в ультразвуковых биореакторах Hielscher можно точно регулировать с учётом типа клеток и их потребностей.
Например, мягкая обработка ультразвуком может применяться для увеличения поглощения глюкозы клетками и тем самым способствовать росту клеточных культур и суспензий. Известно, что ультразвук повышает проницаемость клеток, что, в свою очередь, может улучшить обмен питательных веществ / продуктов жизнедеятельности и тем самым повысить производство вакцин. Благодаря этому можно сократить время производства вакцины и/или увеличить выход белков, используемых в качестве вакцин.

Фармацевтические реакторы Hielscher Ultrasonics

Hielscher Ultrasonics специализируется на производстве мощных ультразвуковых систем и ультразвуковых биореакторов для применения в исследованиях и разработках и промышленном производстве фармацевтических препаратов (например, вакцин, активных фармацевтических ингредиентов).
Обработка ультразвуком может проводиться в открытых сосудах, закрытых реакторах и проточных реакторах непрерывного действия. Все части ультразвуковых систем, контактирующие с жидкой средой, изготовлены из нержавеющей стали, титана или стекла. Автоклавируемые детали и санитарные фитинги обеспечивают производство продукции фармацевтического качества .
Интеллектуальное программное обеспечение автоматически записывает параметры процесса обработки ультразвуком на встроенную карту памяти SD. Точный контроль всех параметров обработки ультразвуком обеспечивает воспроизводимость и надёжность результатов процесса.

Стандартизация производства.
Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher Ultrasonics отличаются высокой надёжностью и допускают точное управление. Все промышленные ультразвуковые аппараты можно настроить для работы во всём диапазоне амплитуд – от низких до очень высоких. Амплитуды до 200µm легко поддерживаются при непрерывной работе в режиме 24/7. Для ещё более высоких амплитуд доступны ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу. Прочность ультразвуковых аппаратов Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.