Вірусні вакцини на основі клітинних культур – Ефективне руйнування клітин за допомогою ультразвукового впливу

Поширені запитання щодо ультразвукового руйнування клітин для виробництва вірусних вакцин

Що таке ультразвукове руйнування клітин?

Ультразвукове руйнування клітин передбачає використання ультразвуку високої інтенсивності, зазвичай у діапазоні від 20 до 30 кГц, для розриву клітинних мембран і вивільнення внутрішньоклітинного вмісту. Потужні ультразвукові хвилі утворюють у рідині кавітаційні бульбашки. Коли ці бульбашки руйнуються, вони генерують інтенсивні локальні зсувні сили та мікропотоки, які механічно руйнують клітини та сприяють масообміну між внутрішньою частиною клітини та навколишнім середовищем. У виробництві вакцин цей метод використовується для лізису клітинних культур, інфікованих вірусом, та вивільнення внутрішньоклітинних і мембраноасоційованих вірусних частинок у кінцевий продукт.

Чому для виділення вірусів слід використовувати ультразвукову обробку замість хімічного або ферментативного лізису?

Ультразвукова обробка діє виключно за допомогою механічних сил. Не потрібні ні миючі засоби, ні лізоцим, ні протеїназа К, ні інші реагенти для лізису, які можуть змінити склад лізату, перешкоджати подальшому очищенню або потребувати видалення перед подальшою обробкою. Хімічні реагенти зазвичай вимагають трудомісткої багатоетапної підготовки, щоб запобігти інгібуванню подальших аналізів та інших етапів післяобробки. Ферментативне руйнування вимагає тривалого інкубування і часто дає результати, що не піддаються відтворенню. Ультразвуковий лізис також об'єднує етапи ресуспензії, руйнування та екстракції в одну безперервну операцію. Якщо у вашому процесі необхідний етап із застосуванням детергентів або ферментів, ультразвукова обробка підсилює його, а не замінює: кавітація послаблює мембрани та покращує рівномірний контакт усіх клітин з реагентом.

Чим ультразвукова обробка відрізняється від методів механічної гомогенізації?

Ультразвукові пристрої зондового типу забезпечують пряму та ефективну передачу ультразвукової енергії, оскільки сонотрод безпосередньо контактує зі зразком. Методи гомогенізації з механічним приводом часто характеризуються нижчою ефективністю передачі енергії. Ультразвукова обробка не потребує використання витратних подрібнювальних кульок або обертових ущільнень у потоці продукту, а також сопел чи камер, які можуть засмічуватися в’язкою клітинною масою, і виключає перехресне забруднення між партіями.

Чи може ультразвукова обробка пошкодити вірус або антиген?

Це ключове завдання оптимізації, яке піддається контролю. Регулюючи параметри ультразвукової обробки, можна точно контролювати ефекти ультразвукової обробки: низька амплітуда та короткий час обробки дають дуже м’які ефекти, тоді як високі амплітуди, підвищений тиск та триваліша обробка призводять до інтенсивної обробки. Оскільки інтенсивність можна точно налаштувати відповідно до біологічного зразка, це дозволяє уникнути надмірної обробки, деградації та втрати виходу. На практиці амплітуду, час перебування та кількість проходів встановлюють на мінімальному рівні, що забезпечує досягнення цільової швидкості руйнування, при цьому здійснюється постійний моніторинг температури та охолодження.

Чи знижує ультразвукова обробка в'язкість врожаю?

Так. Густі культури з високою щільністю клітин мають високу в’язкість і їх важко перекачувати через вивільнену, нефрагментовану ДНК клітин-господарів. Ультразвукова обробка розрізає та фрагментує ДНК і РНК, а також розчиняє клітинну масу та розбиває агрегати клітинних залишків. У результаті утворюється однорідна суспензія, придатна для перекачування, яка забезпечує більш ефективне проведення процесів освітлення, центрифугування та хроматографії. Фрагментація ДНК і РНК за допомогою контрольованої ультразвукової обробки є загальновизнаним лабораторним застосуванням цієї технології.

Чи можна запустити цей процес у безперервному режимі вбудованої обробки?

Так. Ультразвукові апарати Hielscher призначені для безперервної роботи в режимі 24/7 у промислових умовах і можуть бути оснащені проточними камерами та реакторами для безперервної вбудованої обробки ультразвуком, контурів рециркуляції або інтеграції у виробничі модулі та технологічні лінії. Можливий як однопрохідний, так і багатопрохідний режим роботи.

Як перейти від лабораторних досліджень до промислового виробництва?

Лінійно, на основі вимірюваного вхідного енергоспоживання. Усі результати ультразвукової обробки, отримані за допомогою ультразвукового гомогенізатора Hielscher, можна лінійно масштабувати для досягнення більшої пропускної здатності в промисловому виробництві; параметри ультразвукової обробки, розроблені на настільному ультразвуковому апараті, можна безпосередньо перенести на більші системи Hielscher. Критерієм масштабування є питома енергія, що подається на одиницю об’єму, а також амплітуда, час перебування та температура. Консультації компанії Hielscher щодо технологічних процесів включають рекомендації щодо оптимізації параметрів (амплітуда, питома енергія E/V, час перебування, температура та регулювання тиску), пов’язаних з вимірюваною енергією, що подається.

Чи підходить ультразвукове руйнування клітин для виробництва в умовах чистих приміщень та відповідно до стандартів GMP?

Ультразвукові прилади Hielscher можна легко встановити в лабораторіях та на виробничих об’єктах із чистими приміщеннями. Корпуси виготовлені з антибактеріального пластику або нержавіючої сталі. Усі деталі, що контактують із рідиною, такі як сонотроди та проточні комірки, виготовлені з титану або нержавіючої сталі та придатні для автоклавування. Доступні спеціальні проточні реактори, що відповідають найсучаснішим вимогам CIP (очищення на місці) та SIP (стерилізація на місці). Перетворювач промислової серії UIP має ступінь захисту IP64 і може встановлюватися в складних умовах експлуатації, тоді як генератор розміщується віддалено. Оскільки ультразвукові пристрої Hielscher перетворюють електричну енергію на механічні коливання з дуже високим ККД — приблизно 80–90 % від розетки до рідини, — перетворювач можна вбудовувати в закриті корпуси без вентиляційних решіток, і примусове охолодження, наприклад стисненим повітрям або водою, не потрібне. Це також означає, що жодна охолоджувальна рідина не контактує з технологічним процесом. Автоматична документація процесу забезпечує простежуваність та відтворюваність у регульованому виробництві.

Чи може ультразвукова обробка також інактивувати вірус для створення інактивованої вакцини?

Так. Потужний ультразвук застосовується для інактивації патогенів, таких як бактерії та віруси. За умови дотримання відповідної дози та інтенсивності ультразвукового впливу клітини та мікроорганізми можна обробляти відповідно до мети процесу, тому одна й та сама платформа використовується як для лізису з метою отримання продукту, так і для інактивації. Поєднання ультразвукового впливу та нагрівання, відоме як термоультразвукова обробка, забезпечує швидшу стерилізацію при значно зниженій тепловій інтенсивності та тривалості, що є перевагою для збереження термочутливих сполук, таких як білки та антигени. Ультразвукова інактивація зазвичай застосовується у поєднанні з усталеними хімічними методами інактивації, а повна кінетика інактивації повинна бути валідована для кожного конкретного вірусу.

Чи можна використовувати ту саму систему для етапів приготування після збору врожаю?

Так. Ця ж платформа забезпечує диспергування антигенів у суспензії, полімерів або ліпосомальних капсул, деагломерацію та рівномірний розподіл антигенів і ад'ювантів на основі алюмінію, таких як Alhydrogel™, формування вакцин у ліпосоми та твердоліпідні наночастинки з точним контролем розміру носія, а також етап дегазації перед розливом у флакони або шприци.