Вакцини на основі клітинних культур – ефективне руйнування клітин за допомогою ультразвуку

Поширені запитання про ультразвукове руйнування клітин під час виробництва вакцин на основі вірусів

Що таке ультразвукове руйнування клітин?

Ультразвукове руйнування клітин використовує ультразвук високої інтенсивності, як правило в діапазоні від 20 до 30 kHz, щоб розкрити клітинні мембрани та вивільнити внутрішньоклітинний вміст. Потужні ультразвукові хвилі створюють у рідині кавітаційні бульбашки. Коли ці бульбашки схлопуються, вони створюють інтенсивні локальні сили зсуву та мікропотоки, які механічно руйнують клітини та сприяють масопереносу між внутрішнім вмістом клітини й навколишнім середовищем. Під час виробництва вакцин це використовується для лізису клітинних культур, інфікованих вірусом, і для вивільнення внутрішньоклітинних та асоційованих з мембраною вірусних частинок у зібраний матеріал.

Чому для збирання вірусу варто використовувати ультразвук, а не хімічний чи ферментативний лізис?

Ультразвукова обробка працює виключно з механічними силами. Не потрібні детергенти, лізоцим, протеїназа K чи інші реагенти для лізису, які можуть змінити лізат, завадити подальшому очищенню або які потрібно видаляти перед подальшою обробкою. Хімічні реагенти, як правило, потребують трудомісткої багатоетапної підготовки, щоб запобігти пригніченню подальших аналізів та інших етапів подальшої обробки. Ферментативне руйнування потребує тривалої інкубації та часто дає невідтворювані результати. Ультразвуковий лізис до того ж об’єднує етапи ресуспендування, руйнування й екстракції в одну безперервну операцію. Якщо ваш процес вимагає етапу із застосуванням детергенту чи ферменту, ультразвукова обробка посилює його, а не замінює: кавітація послаблює мембрани та покращує рівномірний вплив реагенту на всі клітини.

Як ультразвукова обробка співвідноситься з методами механічної гомогенізації?

Соникатори зондового типу передають ультразвукову енергію безпосередньо та ефективно, оскільки сонотрод перебуває в прямому контакті із зразком. Методи гомогенізації з механічним приводом часто призводять до нижчої ефективності передачі енергії. Ультразвукова обробка не потребує витратних подрібнювальних кульок чи обертових ущільнень у потоці продукту, форсунок або 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, і воно піддається контролю. Регулюючи параметри ультразвукової обробки, можна точно контролювати її вплив: низька амплітуда й коротка обробка мають дуже м’який вплив, тоді як високі амплітуди, підвищений тиск і довша тривалість обробки призводять до інтенсивного впливу. Оскільки інтенсивність можна точно підібрати для біологічного зразка, надмірної обробки, деградації та втрат виходу вдається уникнути. На практиці амплітуду, час перебування й кількість проходів встановлюють на мінімальні значення, за яких досягається цільовий ступінь руйнування, за постійного контролю температури та охолодження.

Чи знижує ультразвукова обробка в’язкість зібраного матеріалу?

Так. Щільний зібраний матеріал із високою щільністю клітин є в’язким і погано перекачується через вивільнену нефрагментовану ДНК клітин-хазяїнів. Ультразвукова обробка розриває та фрагментує ДНК і РНК, а також солюбілізує клітинну масу й деагломерує клітинний детрит. У результаті отримують однорідну суспензію, придатну для перекачування, яка ефективніше подається на освітлення, центрифугування та хроматографію. Фрагментація ДНК і РНК за допомогою контрольованої ультразвукової обробки – добре усталене лабораторне застосування тієї самої технології.

Чи можна вести процес у безперервному інлайн-режимі?

Так. Соникатори Hielscher розраховані на безперервну цілодобову роботу 24/7 у промислових умовах і можуть бути оснащені проточними комірками та реакторами для безперервної інлайн-обробки ультразвуком, контурів рециркуляції або інтеграції у виробничі модулі та технологічні лінії. Можлива робота як в однопрохідному, так і в багатопрохідному режимі.

Як масштабувати процес від лабораторії до виробництва?

Лінійно, на основі вимірюваного підводу енергії. Усі результати ультразвукової обробки, отримані за допомогою ультразвукового гомогенізатора Hielscher, можна лінійно масштабувати до вищої продуктивності в промисловому виробництві; параметри ультразвукової обробки, розроблені на настільному соникаторі, можна безпосередньо переносити на більші системи Hielscher. Критерієм масштабування є питомий підвід енергії на одиницю об’єму разом з амплітудою, часом перебування й температурою. Консультування Hielscher щодо процесів включає рекомендації з оптимізації параметрів (амплітуда, питома енергія E/V, час перебування, контроль температури й тиску), прив’язані до вимірюваного підводу енергії.

Чи підходить ультразвукове руйнування клітин для чистих кімнат і виробництва у стилі GMP?

Ультразвукові апарати Hielscher можна легко встановлювати в лабораторіях і виробничих приміщеннях із чистими кімнатами. Корпуси виготовлені з антибактеріального пластику або нержавної сталі. Усі деталі, що контактують із середовищем, такі як сонотроди та проточні комірки, виготовлені з титану або нержавної сталі й можуть автоклавуватися. Доступні спеціальні реактори з проточною коміркою, що відповідають підвищеним вимогам CIP (безрозбірне миття) і SIP (безрозбірна стерилізація). Перетворювач промислової серії UIP має ступінь захисту IP64 і може встановлюватися у складних умовах, при цьому генератор розміщується окремо. Оскільки соникатори Hielscher перетворюють електричну енергію на механічні коливання з дуже високим ККД близько 80–90% від розетки до рідини, перетворювач можна вбудовувати в закриті корпуси без вентиляційних ґрат, а примусове охолодження, наприклад стисненим повітрям чи водою, не потрібне. Це також означає, що охолодне середовище не контактує з процесом. Автоматична документація процесу забезпечує відстежуваність і відтворюваність у регульованому виробництві.

Чи може ультразвукова обробка також інактивувати вірус для інактивованої вакцини?

Так. Потужний ультразвук застосовується для інактивації патогенів, таких як бактерії та віруси. За належної дози та інтенсивності ультразвукової обробки клітини й мікроби можна обробляти відповідно до мети процесу, тому одна й та сама платформа слугує як для лізису під час збирання, так і для інактивації. Поєднання ультразвукової обробки та нагрівання, відоме як термосонікація, забезпечує вищу швидкість стерилізації за значно меншої термічної інтенсивності та тривалості, що вигідно для збереження термочутливих сполук, таких як білки й антигени. Ультразвукова інактивація, як правило, застосовується разом із усталеною хімією інактивації, а повну кінетику інактивації потрібно валідувати для кожного конкретного вірусу.

Чи можна використовувати ту саму систему для етапів приготування готової форми після збирання?

Так. Та сама платформа забезпечує диспергування антигену в суспензіях, полімерах або ліпосомальних інкапсуляціях, деагломерацію та рівномірний розподіл антигенів і ад’ювантів на основі алюмінію, таких як Alhydrogel™, приготування вакцин у вигляді ліпосом і твердих ліпідних наночастинок з точним контролем розміру носія, а також етап дегазації перед розливом у флакони чи шприци.