Ultrazvukové riešenia na zlepšenie výroby vakcín

• Sonikácia sa používa v rôznych krokoch prípravy vakcín: na lýzu buniek, homogenizáciu bunkových suspenzií, stimuláciu rastu buniek, enkapsuláciu, väzbu proteínov na adjuvans atď.
• Sonikátory Hielscher sa používajú pri výrobe antigénov, enkapsulácii a formulácii, ako aj pri odplyňovaní pred plnením vakcíny do liekoviek alebo injekčných striekačiek.
• Hielscher Ultrasonics je váš partner s dlhoročnými skúsenosťami v oblasti spoľahlivých ultrazvukových systémov pre farmaceutický priemysel. Zistite, v ktorých procesných krokoch výroby vakcín môže ultrazvuk zlepšiť vašu výrobu!

Výroba vakcín

Pôsobenie ultrazvuku môže byť prospešné v rôznych fázach výroby vakcín. Pri výrobe vakcíny je prvým krokom príprava samotného antigénu. Spôsob získavania antigénu sa líši v závislosti od typu patogénu: zatiaľ čo vírusy sa kultivujú buď na primárnych bunkách, ako sú slepačie vajcia (napr. pri chrípke), alebo na kontinuálnych bunkových líniách, ako sú kultivované ľudské bunky (napr. pri hepatitíde A), baktérie sa kultivujú v bioreaktoroch (napr. Haemophilus influenzae typu b). Rekombinantné proteíny odvodené z vírusov alebo baktérií možno produkovať aj v kvasinkách, baktériách alebo bunkových kultúrach. Keď je antigén vytvorený, musí sa uvoľniť z buniek, v ktorých bol produkovaný.
Vírus môže byť potrebné inaktivovať, pričom ďalšie čistenie nemusí byť potrebné. Rekombinantné proteíny vyžadujú mnoho operácií zahŕňajúcich ultrafiltráciu a kolónovú chromatografiu. V závislosti od zloženia vakcíny sa pridávajú adjuvans, stabilizačné látky a konzervačné látky. Adjuvanciá zosilňujú imunitnú odpoveď na antigén, stabilizátory a konzervačné látky predlžujú čas použiteľnosti.
Pri výrobe vakcín možno sonikáciu použiť v rôznych fázach. Keďže ide o netepelnú metódu spracovania, predchádza sa tepelnej degradácii cenného materiálu. Nižšie nájdete najbežnejšie aplikácie, pri ktorých ultrazvuk zlepšuje výrobu vakcín:

Dispergovanie antigénov

Antigény, napríklad bunkové fragmenty alebo proteínové antigény, sa musia homogénne dispergovať v suspenzii, polyméri alebo lipozomálnom obale, aby sa získala stabilná formulácia vakcíny. Sonikácia je dlhodobo overenou metódou prípravy jemných disperzií pri výrobe farmaceutických produktov, a preto je zavedenou technikou v modernej výrobe vakcín.
Adjuvanciá na báze hliníka, zložené z veľmi malých primárnych častíc, sú bežne používaným typom adjuvancií, ktoré sa vo formuláciách vakcín môžu ľahko agregovať do funkčného celku. Na spojenie adjuvancií s antigénmi je potrebné rovnomerné rozloženie antigénu v celom objeme vakcíny obsahujúcej hliník. Ultrazvukovým dispergovaním sa pripravujú homogénne disperzie antigénov a adjuvancií (napr. Alhydrogel™).

Lýza buniek a extrakcia

Antigény produkované mikroorganizmami sa musia uvoľniť z mikrobiálnej bunky. Sonikácia je overenou technológiou lýzy buniek a extrakcie. Úpravou parametrov sonikácie možno bunky perforovať alebo rozrušiť tak, aby sa cieľové antigény sprístupnili a mohli sa izolovať.
Zistite, ako sonikácia uľahčuje uvoľňovanie vírusov pri vírusových vakcínach na báze bunkových kultúr!

Inaktivácia patogénov

Výkonový ultrazvuk sa používa na rozrušenie a usmrtenie mikroorganizmov, ako sú baktérie a vírusy. Napríklad sa preukázalo, že ultrazvuková deaktivácia E. coli nasledovaná ožiarením je najúčinnejšou technikou prípravy účinnej vakcíny proti kolibacilóze. [Melamed et al. 1991]
Bežne používanými technikami mikrobiálnej inaktivácie sú tepelná pasterizácia a sterilizácia, ktoré sú založené na dlhodobom vystavení vysokým teplotám a často vedú k tepelne vyvolanému zhoršeniu funkčných vlastností. Kombinované pôsobenie sonikácie a tepla (termosonikácia) môže urýchliť sterilizáciu; keďže intenzita a trvanie tepelného pôsobenia sú výrazne znížené, tepelná degradácia zlúčenín citlivých na teplo (napr. proteínov, antigénov). Ultrazvuková sterilizácia a pasterizácia sú nákladovo efektívne, energeticky úsporné a šetrné k životnému prostrediu.

Emulzie a suspenzie

Vakcínové formulácie môžu pozostávať zo zmesí vody a lipidov. Keďže voda a lipidy v týchto formuláciách nie sú miešateľné, je potrebné pripraviť emulziu s jemnými kvapôčkami, a to buď prekonaním povrchového napätia kvapôčok, alebo použitím povrchovo aktívnej látky. Ultrazvuková emulgácia je osvedčenou technikou na prípravu nanoemulzií / miniemulzií, dvojitých emulzií a Pickeringových emulzií. Napríklad lipopeptidy nerozpustné vo vode možno pomocou ultrazvuku suspendovať s antigénom v pomere 1:1 (w/w) vo vodnom roztoku.
Sonikácia sa ďalej používa na zmenšenie bunkových agregátov a rovnomerné rozptýlenie jednotlivo dispergovaných buniek v suspenzii.

Adjuvansy a konzervačné látky

Vakcíny zvyčajne obsahujú jeden alebo viac adjuvansov, ktoré sa používajú na posilnenie imunitnej odpovede. Pôsobením ultrazvuku sa rozpletajú mikrovlákna adjuvansov a homogénne sa dispergujú, čím sa zlepšuje väzba proteínov na povrchu. Adjuvantné systémy na báze emulzií sa široko používajú pri vývoji a formulácii vakcín. Takéto adjuvantné systémy na báze emulzií možno pripraviť s použitím rôznych typov emulzií, ako sú olej vo vode (o/w), voda v oleji (w/o), voda v oleji vo vode (w/o/w) alebo emulzie stabilizované proteínmi.
Okrem toho sa pridávajú konzervačné látky na zabránenie kontaminácii vakcín baktériami alebo hubami. Konzervačné látky sa môžu používať v rôznych fázach výroby vakcín.
Používanie ultrazvukových homogenizátorov podporuje rovnomernejšie a jemnejšie miešanie a dispergovanie, a preto predstavuje spoľahlivý nástroj na efektívnejšiu výrobu vakcín.

Formulácia a lipozomálna enkapsulácia

Vakcíny enkapsulované v lipozómoch možno podávať perorálne, intranazálne, intramuskulárne aj subkutánne a predstavujú výhodný spôsob podávania vakcín aj adjuvans, ktorý by mohol zlepšiť cielené podávanie a znížiť toxicitu zapuzdrených antigénov. Sonikácia je spoľahlivou technikou na enkapsuláciu účinných látok do lipozomálnych formulácií. Prečítajte si tu viac o ultrazvukovej formulácii lipozómov!
Napríklad Zhao et al. (2011) pripravili pomocou sonikácie malé unilamelárne vezikuly (SUV) z fosfatidylcholínu/cholesterolu s cieľom vytvoriť veterinárnu vakcínu proti pseudomoru hydiny. Ultrazvukom enkapsulovaná vakcína vykazovala silnejšiu imunitnú odpoveď, vyššie titre protilátok IgG a IgM, ako aj proliferáciu T-buniek a B-buniek.

Odplyňovanie farmaceutických suspenzií

Počas výroby vakcín a liečiv a pred balením sa vakcíny a kvapaliny, ako sú suspenzie, roztoky, emulzie a konečné formulácie, musia odplyniť. Počas odplyňovania / odvzdušňovania sa odstraňujú plynové bubliny (napr. kyslíka, oxidu uhličitého), ktoré sú zachytené v kvapaline. Ultrazvukové vlny podporujú koalescenciu plynových bublín zachytených v kvapalinách. Zlúčené bubliny majú väčší vztlak a stúpajú k povrchu kvapaliny. Odstraňovanie plynových bublín možno zlepšiť vytvorením mierneho podtlaku v sonikačnej nádobe. Odplyňovanie podporované ultrazvukom je jednoduchou a rýchlou technikou odvzdušňovania vodných suspenzií.

Zintenzívnený rast buniek

Ultrazvukové premiešavanie počas inokulácie (procesu zavádzania mikroorganizmov do kultivačného média) môže zvýšiť rast bunkových kultúr. Intenzitu sonikácie, teplotu a čas zdržania v ultrazvukových bioreaktoroch Hielscher možno presne regulovať podľa typu buniek a ich požiadaviek.
Napríklad miernu sonikáciu možno použiť na zvýšenie príjmu glukózy bunkami, a tým podporiť rast bunkových kultúr a suspenzií. Je známe, že ultrazvuk zvyšuje priepustnosť buniek, čo môže následne zlepšiť výmenu živín / odpadových látok, a tým viesť k zvýšenej produkcii vakcín. Tým sa môže skrátiť čas výroby vakcín a/alebo zvýšiť výťažok proteínov používaných ako vakcíny.

Farmaceutické reaktory Hielscher Ultrasonics

Hielscher Ultrasonics sa špecializuje na výrobu vysokovýkonných ultrazvukových systémov a sonobioreaktorov na použitie vo výskume a vývoji a v priemyselnej výrobe liečiv (napr. vakcín, účinných farmaceutických látok).
Sonikáciu možno vykonávať v otvorených nádobách, uzavretých reaktoroch a kontinuálnych prietokových reaktoroch. Všetky časti ultrazvukových systémov, ktoré prichádzajú do kontaktu s kvapalným médiom, sú vyrobené z nehrdzavejúcej ocele, titánu alebo skla. Autoklávovateľné časti a hygienické armatúry zabezpečujú výrobu produktov farmaceutickej kvality .
Inteligentný softvér automaticky zaznamenáva parametre procesu sonikácie na integrovanú pamäťovú kartu SD. Presné riadenie všetkých parametrov sonikácie zabezpečuje reprodukovateľnosť a spoľahlivosť výsledkov procesu.

Štandardizácia výroby.
Priemyselné ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics sú vysoko spoľahlivé a možno ich presne riadiť. Všetky priemyselné sonikátory možno nastaviť tak, aby poskytovali celý rozsah amplitúd od nižších až po veľmi vysoké. Amplitúdy až do 200µm možno ľahko udržiavať nepretržite v prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii ultrazvukové sonotródy vyrobené na mieru. Robustnosť sonikátorov Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach.