Ultraljudslösningar för förbättrad vaccinproduktion

• Ultraljudsbehandling används i olika steg vid framställning av vacciner: för cellys, för att homogenisera cellsuspensioner, för att stimulera celltillväxt, för inkapsling, för proteinbindning till adjuvans osv.
• Hielschers ultraljudsapparater används vid antigenproduktion, inkapsling och formulering samt i avgasningssteget innan vaccinet fylls i injektionsflaskor eller sprutor.
• Hielscher Ultrasonics är din partner med lång erfarenhet av tillförlitliga ultraljudssystem inom läkemedelsindustrin. Ta reda på i vilka processteg vid vaccintillverkning ultraljud kan förbättra din produktion!

Produktion av vacciner

Ultraljudsbehandling kan vara fördelaktig under olika steg i vaccinproduktionen. För att producera ett vaccin är det första steget att framställa själva antigenet. Metoden för antigenframställning varierar beroende på typen av patogen: Medan virus odlas antingen på primärceller såsom hönsägg (t.ex. för influensa) eller på kontinuerliga cellinjer såsom odlade mänskliga celler (t.ex. för hepatit A), odlas bakterier i bioreaktorer (t.ex. Haemophilus influenzae typ b). Rekombinanta proteiner som härrör från virus eller bakterier kan också odlas i jäst, bakterier eller cellkulturer. När antigenet har producerats måste det frigöras från de celler där det har odlats.
Ett virus kan behöva inaktiveras, eventuellt utan att ytterligare rening krävs. Rekombinanta proteiner kräver många processteg som innefattar ultrafiltrering och kolonnkromatografi. Beroende på vaccinformuleringen tillsätts ett adjuvans, stabiliseringsmedel och konserveringsmedel. Adjuvanser förstärker immunsvaret mot antigenet, medan stabiliseringsmedel och konserveringsmedel förlänger hållbarheten.
Vid vaccintillverkning kan ultraljudsbehandling användas i olika steg. Eftersom det är en icke-termisk bearbetningsmetod undviks värmenedbrytning av värdefullt material. Nedan hittar du de vanligaste tillämpningarna där ultraljud förbättrar produktionen av vacciner:

Dispergering av antigener

Antigener såsom cellfragment eller proteinantigener måste dispergeras homogent i en suspension, en polymer eller en liposomal inkapsling för att en stabil vaccinformulering ska erhållas. Ultraljudsbehandling är sedan länge beprövad för framställning av fina dispersioner vid tillverkning av läkemedel och är därför en etablerad teknik inom modern vaccinproduktion.
Aluminiumbaserade adjuvanser, som består av mycket små primärpartiklar, är en vanligt använd typ av adjuvans som lätt kan aggregeras till en fungerande enhet i vaccinformuleringar. För att kombinera adjuvanser med antigener krävs en jämn fördelning av antigen i hela det aluminiuminnehållande vaccinet. Ultraljudsdispergering ger homogena dispersioner av antigener och adjuvanser (t.ex. Alhydrogel™).

Cellys och extraktion

De antigener som produceras från mikroorganismer måste frigöras från den mikrobiella cellen. Ultraljudsbehandling är en beprövad teknik för cellys och extraktion. Genom att justera parametrarna för ultraljudsbehandlingen kan celler perforeras eller sönderdelas så att de önskade antigenerna blir tillgängliga och kan isoleras.
Ta reda på hur ultraljudsbehandling underlättar frisättningen av virus i cellkulturbaserade virusvacciner!

Inaktivering av patogener

Högeffektultraljud används för att sönderdela och döda mikroorganismer såsom bakterier och virus. Till exempel har inaktivering av E. coli med ultraljud följt av bestrålning visat sig vara den mest verksamma tekniken för framställning av ett effektivt vaccin mot kolibacillos. [Melamed et al. 1991]
Vanliga tekniker för mikrobiell inaktivering är termisk pastörisering och sterilisering, som bygger på långvarig exponering för höga temperaturer och ofta leder till termiskt orsakad försämring av funktionella egenskaper. En kombinerad behandling med ultraljud och värme (termoultraljudsbehandling) kan öka steriliseringshastigheten; eftersom värmebehandlingens intensitet och varaktighet minskas avsevärt, minskar den termiska nedbrytningen av värmekänsliga föreningar (t.ex. proteiner, antigener). Sterilisering och pastörisering med ultraljud är kostnadseffektivt, energibesparande och miljövänligt.

Emulsioner och suspensioner

Vaccinformuleringar kan bestå av vatten-lipidblandningar. Eftersom vatten-lipidformuleringar är oblandbara måste en finfördelad emulsion framställas genom att antingen övervinna dropparnas ytspänning eller använda ett ytaktivt ämne. Ultraljudsemulgering är en väletablerad teknik för att formulera nanoemulsioner / miniemulsioner, dubbelemulsioner och Pickering-emulsioner. Till exempel kan vattenolösliga lipopeptider suspenderas tillsammans med antigen med hjälp av ultraljud i förhållandet 1:1 (w/w) i en vattenlösning.
Dessutom används ultraljudsbehandling för att minska cellaggregat och fördela de enskilt dispergerade cellerna jämnt i suspensionen.

Adjuvans och konserveringsmedel

Vacciner innehåller vanligtvis ett eller flera adjuvans som används för att förstärka immunsvaret. Genom ultraljudsbehandling reds adjuvansernas mikrofibrer ut och dispergeras homogent så att proteinbindningen på ytan förbättras. Emulsionsbaserade adjuvanssystem används i stor utsträckning vid utveckling och formulering av vacciner. Sådana emulsionsbaserade adjuvanssystem kan formuleras med olika emulsionstyper såsom olja-i-vatten (o/w), vatten-i-olja (w/o), vatten-i-olja-i-vatten (w/o/w) eller proteinstabiliserade emulsioner.
Dessutom tillsätts konserveringsmedel för att förhindra att vaccinet kontamineras med bakterier eller svampar. Konserveringsmedel kan användas i olika steg av vaccinproduktionen.
Användningen av ultraljudshomogenisatorer främjar en jämnare och mer finfördelad blandning och dispergering och är därmed ett tillförlitligt verktyg för en effektivare vaccinproduktion.

Formulering och liposomal inkapsling

Liposominkapslade vacciner kan administreras oralt, intranasalt, intramuskulärt och subkutant och utgör en fördelaktig metod för vaccintillförsel och ett adjuvans som skulle kunna förbättra den riktade tillförseln och minska toxiciteten hos de inneslutna antigenerna. Ultraljudsbehandling är en tillförlitlig teknik för att kapsla in aktiva föreningar i liposomala formuleringar. Läs mer här om formulering av liposomer med ultraljud!
För att formulera ett veterinärmedicinskt vaccin mot Newcastlesjuka framställde till exempel Zhao et al. (2011) små unilamellära vesiklar (SUV) av fosfatidylkolin/kolesterol under ultraljudsbehandling. Det ultraljudsinkapslade vaccinet uppvisade ett förstärkt immunsvar, högre IgG- och IgM-antikroppstitrar samt proliferation av T-celler och B-celler.

Avgasning av farmaceutiska suspensioner

Under vaccin- och läkemedelsproduktion och före förpackning måste vacciner och vätskor såsom suspensioner, lösningar, emulsioner och slutliga formuleringar avgasas. Under avgasnings- / avluftningssteget avlägsnas gasbubblor (t.ex. syre och koldioxid) som är inneslutna i vätskan. Ultraljudsvågor främjar sammansmältningen av gasbubblor som är inneslutna i vätskor. De sammansmälta bubblorna har större flytkraft och stiger till vätskeytan. Avlägsnandet av gasbubblor kan förbättras genom att ett lätt undertryck appliceras i ultraljudsbehandlingskärlet. Ultraljudsassisterad avgasning är en enkel och snabb teknik för avluftning av vattenbaserade suspensioner.

Intensifierad celltillväxt

Omrörning med ultraljud under inokulering (processen att föra in mikroorganismer i ett odlingsmedium) kan öka tillväxten av cellkulturer. Ultraljudsbehandlingens intensitet, temperaturen och uppehållstiden i Hielschers ultraljudsbioreaktorer kan regleras exakt utifrån celltypen och dess krav.
Till exempel kan mild ultraljudsbehandling användas för att öka cellernas glukosupptag och därigenom främja tillväxten av cellkulturer och suspensioner. Ultraljud är känt för att öka cellernas permeabilitet, vilket i sin tur kan förbättra utbytet av näringsämnen / avfallsprodukter och därmed leda till ökad vaccinproduktion. Därigenom kan produktionstiden för vacciner förkortas och/eller utbytet av proteiner som används som vacciner ökas.

Läkemedelsreaktorer från Hielscher Ultrasonics

Hielscher Ultrasonics är specialiserat på tillverkning av högeffektsultraljudssystem och sonobioreaktorer för användning inom forskning och utveckling samt industriell tillverkning av läkemedel (t.ex. vacciner, aktiva farmaceutiska substanser).
Ultraljudsbehandling kan användas i öppna kärl, slutna reaktorer och kontinuerliga genomflödesreaktorer. Alla delar av ultraljudssystemen som kommer i kontakt med det flytande mediet är tillverkade av rostfritt stål, titan eller glas. Autoklaverbara delar och hygieniska kopplingar säkerställer att de framställda produkterna håller farmaceutisk kvalitet .
Intelligent programvara registrerar automatiskt ultraljudsprocessens parametrar på det integrerade SD-minneskortet. Den exakta styrningen av alla ultraljudsparametrar säkerställer att processresultatet är reproducerbart och tillförlitligt.

Standardisering av produktionen.
Hielscher Ultrasonics industriella ultraljudsprocessorer är mycket tillförlitliga och kan styras exakt. Alla industriella ultraljudsapparater kan ställas in för att täcka hela intervallet från låga till mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200µm kan enkelt upprätthållas kontinuerligt vid drift dygnet runt, alla dagar i veckan. För ännu högre amplituder finns kundanpassade ultraljudssonotroder. Hielscher ultraljudsapparaters robusthet möjliggör drift dygnet runt, alla dagar i veckan, vid hög belastning och i krävande miljöer.