Giải pháp siêu âm giúp cải thiện sản xuất vắc-xin

• Xử lý siêu âm được sử dụng trong nhiều bước điều chế vắc-xin: ly giải tế bào, đồng nhất hóa huyền phù tế bào, kích thích sự phát triển của tế bào, bao gói, gắn kết protein với tá dược, v.v.
• Thiết bị siêu âm Hielscher được sử dụng trong sản xuất kháng nguyên, bao gói và bào chế, cũng như trong bước khử khí trước khi chiết rót vắc-xin vào lọ hoặc bơm tiêm.
• Hielscher Ultrasonics là đối tác giàu kinh nghiệm của bạn về các hệ thống siêu âm đáng tin cậy trong ngành dược phẩm. Hãy tìm hiểu những bước trong quy trình sản xuất vắc-xin mà siêu âm có thể giúp cải thiện hoạt động sản xuất của bạn!

Sản xuất vắc-xin

Xử lý siêu âm có thể mang lại lợi ích trong nhiều giai đoạn sản xuất vắc-xin. Để sản xuất vắc-xin, bước đầu tiên là chuẩn bị chính kháng nguyên đó. Phương pháp tạo kháng nguyên khác nhau tùy theo loại tác nhân gây bệnh: Trong khi vi-rút được nuôi trên tế bào sơ cấp như trứng gà (ví dụ: đối với bệnh cúm) hoặc trên các dòng tế bào liên tục như tế bào người được nuôi cấy (ví dụ: đối với bệnh viêm gan A), vi khuẩn được nuôi trong thiết bị phản ứng sinh học (ví dụ: Haemophilus influenzae týp b). Protein tái tổ hợp có nguồn gốc từ vi-rút hoặc vi khuẩn cũng có thể được tạo ra thông qua nuôi cấy nấm men, vi khuẩn hoặc tế bào. Khi kháng nguyên được tạo ra, kháng nguyên phải được giải phóng khỏi các tế bào đã được dùng để tạo ra nó.
Vi-rút có thể cần được bất hoạt và có thể không cần tinh sạch thêm. Protein tái tổ hợp cần trải qua nhiều công đoạn có sử dụng siêu lọc và sắc ký cột. Tùy theo công thức vắc-xin, tá dược, chất ổn định và chất bảo quản được bổ sung. Tá dược tăng cường đáp ứng miễn dịch đối với kháng nguyên, còn chất ổn định và chất bảo quản kéo dài thời hạn sử dụng.
Trong quá trình sản xuất vắc-xin, xử lý siêu âm có thể được áp dụng ở nhiều giai đoạn. Vì đây là phương pháp xử lý không dùng nhiệt, nên tránh được sự phân hủy do nhiệt của các vật liệu có giá trị. Dưới đây là những ứng dụng phổ biến nhất mà siêu âm giúp cải thiện quá trình sản xuất vắc-xin:

Phân tán kháng nguyên

Các kháng nguyên như mảnh tế bào hoặc kháng nguyên protein phải được phân tán đồng đều trong huyền phù, polyme hoặc hệ bao gói liposome để thu được công thức vắc-xin ổn định. Xử lý siêu âm từ lâu đã được chứng minh là có khả năng tạo các hệ phân tán mịn trong sản xuất dược phẩm và do đó là một kỹ thuật đã được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất vắc-xin hiện đại.
Tá dược gốc nhôm, được cấu thành từ các hạt sơ cấp rất nhỏ, là loại tá dược thường được sử dụng và có thể dễ dàng kết tụ thành một đơn vị có chức năng trong các công thức vắc-xin. Để kết hợp tá dược với kháng nguyên, kháng nguyên cần được phân bố đồng đều trong toàn bộ vắc-xin chứa nhôm. Phân tán bằng siêu âm tạo ra các hệ phân tán đồng nhất của kháng nguyên và tá dược (ví dụ: Alhydrogel™).

Ly giải tế bào & chiết xuất

Các kháng nguyên được tạo ra từ vi sinh vật phải được giải phóng khỏi tế bào vi sinh vật. Xử lý siêu âm là công nghệ đã được chứng minh hiệu quả trong ly giải tế bào và chiết xuất. Bằng cách điều chỉnh các thông số xử lý siêu âm, tế bào có thể được đục lỗ hoặc phá vỡ để giải phóng các kháng nguyên mục tiêu và cho phép phân lập chúng.
Khám phá cách xử lý siêu âm giúp giải phóng virus cho vắc xin virus dựa trên nuôi cấy tế bào!

Bất hoạt tác nhân gây bệnh

Siêu âm công suất được áp dụng để phá vỡ và tiêu diệt các vi sinh vật như vi khuẩn và vi-rút. Ví dụ, bất hoạt E. coli bằng siêu âm, sau đó chiếu xạ, đã được chứng minh là kỹ thuật có hiệu lực mạnh nhất để điều chế vắc-xin hiệu quả phòng bệnh do E. coli. [Melamed et al. 1991]
Các kỹ thuật thường được sử dụng để bất hoạt vi sinh vật là thanh trùng bằng nhiệt và tiệt trùng, dựa trên việc tiếp xúc lâu với nhiệt độ cao và thường dẫn đến sự suy giảm các đặc tính chức năng do nhiệt. Xử lý kết hợp siêu âm và nhiệt (xử lý siêu âm kết hợp nhiệt) có thể đẩy nhanh tốc độ tiệt trùng; do cường độ và thời gian xử lý nhiệt giảm đáng kể, sự phân hủy do nhiệt của các hợp chất nhạy nhiệt (ví dụ: protein, kháng nguyên). Tiệt trùng và thanh trùng bằng siêu âm có hiệu quả về chi phí, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.

Nhũ tương và huyền phù

Các công thức vắc-xin có thể bao gồm hỗn hợp nước–lipid. Do nước và lipid trong các công thức này không hòa lẫn với nhau, cần tạo nhũ tương có kích thước giọt nhỏ bằng cách thắng sức căng bề mặt của các giọt hoặc sử dụng chất hoạt động bề mặt. Nhũ hóa bằng siêu âm là một kỹ thuật đã được xác lập để bào chế nhũ tương nano / nhũ tương mini, nhũ tương kép và nhũ tương Pickering. Ví dụ, có thể sử dụng siêu âm để tạo huyền phù lipopeptide không tan trong nước cùng với kháng nguyên theo tỷ lệ 1:1 (w/w) trong dung dịch nước.
Ngoài ra, xử lý bằng siêu âm được áp dụng để giảm các cụm kết tụ tế bào và phân bố đều các tế bào phân tán riêng lẻ trong huyền phù.

Tá dược bổ trợ và chất bảo quản

Vắc-xin thường chứa một hoặc nhiều tá dược bổ trợ để tăng cường đáp ứng miễn dịch. Xử lý bằng siêu âm giúp gỡ rối và phân tán đồng nhất các vi sợi tá dược bổ trợ, nhờ đó cải thiện sự gắn kết protein trên bề mặt. Các hệ tá dược bổ trợ dựa trên nhũ tương được sử dụng rộng rãi trong phát triển và bào chế vắc-xin. Những hệ tá dược bổ trợ dựa trên nhũ tương này có thể được bào chế bằng nhiều loại nhũ tương khác nhau như dầu trong nước (o/w), nước trong dầu (w/o), nước trong dầu trong nước (w/o/w) hoặc nhũ tương được ổn định bằng protein.
Ngoài ra, chất bảo quản được bổ sung để ngăn vắc-xin bị nhiễm vi khuẩn hoặc nấm. Chất bảo quản có thể được sử dụng ở nhiều giai đoạn khác nhau trong quá trình sản xuất vắc-xin.
Việc sử dụng máy đồng hóa siêu âm giúp trộn và phân tán đồng đều hơn, mịn hơn, qua đó trở thành một công cụ đáng tin cậy để sản xuất vắc-xin hiệu quả hơn.

Bào chế và bao gói trong liposome

Vắc-xin được bao gói trong liposome có thể được sử dụng qua đường uống, đường mũi, tiêm bắp và tiêm dưới da; đây là một phương thức đưa vắc-xin vào cơ thể và một dạng tá dược bổ trợ có nhiều ưu điểm, có thể cải thiện khả năng đưa đến đích và giảm độc tính của các kháng nguyên được bao giữ bên trong. Xử lý bằng siêu âm là một kỹ thuật đáng tin cậy để bao gói các hợp chất hoạt tính vào các công thức liposome. Đọc thêm tại đây về bào chế liposome bằng siêu âm!
Ví dụ, để bào chế vắc-xin thú y phòng bệnh Newcastle, Zhao và cộng sự (2011) đã tạo các túi đơn lớp kích thước nhỏ (SUV) từ phosphatidylcholine/cholesterol bằng xử lý siêu âm. Vắc-xin được bao gói bằng siêu âm cho thấy đáp ứng miễn dịch được tăng cường, hiệu giá kháng thể IgG và IgM cao hơn, cũng như sự tăng sinh tế bào T và tế bào B.

Khử khí huyền phù dược phẩm

Trong quá trình sản xuất vắc-xin và dược phẩm, cũng như trước khi đóng gói, vắc-xin và các chất lỏng như huyền phù, dung dịch, nhũ tương và các công thức thành phẩm phải được khử khí. Trong bước khử khí / loại bỏ không khí, các bọt khí (ví dụ: oxy, carbon dioxide) bị giữ trong chất lỏng được loại bỏ. Sóng siêu âm thúc đẩy sự hợp nhất của các bọt khí bị giữ trong chất lỏng. Các bọt khí sau khi hợp nhất có lực nổi lớn hơn và nổi lên bề mặt chất lỏng. Có thể tăng cường việc loại bỏ bọt khí bằng cách áp dụng chân không nhẹ cho bình xử lý siêu âm. Khử khí có hỗ trợ siêu âm là một kỹ thuật loại bỏ không khí đơn giản và nhanh chóng cho các huyền phù nước.

Tăng cường sinh trưởng tế bào

Khuấy bằng siêu âm trong quá trình cấy (quá trình đưa vi sinh vật vào môi trường nuôi cấy) có thể làm tăng sinh trưởng của các hệ nuôi cấy tế bào. Cường độ xử lý siêu âm, nhiệt độ và thời gian lưu trong các thiết bị phản ứng sinh học siêu âm Hielscher có thể được điều chỉnh chính xác theo loại tế bào và các yêu cầu của tế bào đó.
Ví dụ, có thể áp dụng xử lý siêu âm nhẹ để tăng khả năng hấp thu glucose của tế bào, qua đó thúc đẩy sinh trưởng của các hệ nuôi cấy và huyền phù tế bào. Siêu âm được biết đến với khả năng làm tăng tính thấm của tế bào, từ đó có thể tăng cường trao đổi chất dinh dưỡng / chất thải, dẫn đến tăng cường sản xuất vắc-xin. Nhờ đó, có thể rút ngắn thời gian sản xuất vắc-xin và/hoặc tăng sản lượng protein được sử dụng làm vắc-xin.

Thiết bị phản ứng dược phẩm của Hielscher Ultrasonics

Hielscher Ultrasonics chuyên sản xuất các hệ thống siêu âm công suất cao và thiết bị phản ứng sinh học siêu âm để ứng dụng trong nghiên cứu và phát triển cũng như sản xuất dược phẩm ở quy mô công nghiệp (ví dụ: vắc-xin, hoạt chất dược phẩm).
Có thể áp dụng xử lý siêu âm trong các bình hở, thiết bị phản ứng kín và thiết bị phản ứng dòng chảy liên tục. Tất cả các bộ phận của hệ thống siêu âm tiếp xúc với môi trường lỏng đều được làm bằng thép không gỉ, titan hoặc thủy tinh. Các bộ phận có thể tiệt trùng bằng nồi hấp và các phụ kiện kết nối vệ sinh đảm bảo sản xuất các sản phẩm đạt chuẩn dược phẩm .
Phần mềm thông minh tự động ghi lại các thông số của quá trình xử lý siêu âm trên thẻ nhớ SD tích hợp. Việc kiểm soát chính xác tất cả các thông số xử lý siêu âm đảm bảo tính tái lập và độ tin cậy của kết quả quá trình.

Tiêu chuẩn hóa sản xuất.
Các thiết bị xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher Ultrasonics có độ tin cậy cao và có thể được điều khiển chính xác. Tất cả các thiết bị siêu âm công nghiệp đều có thể được điều chỉnh để cung cấp toàn bộ dải biên độ từ thấp đến rất cao. Có thể dễ dàng duy trì liên tục biên độ lên đến 200µm khi vận hành 24/7. Đối với biên độ cao hơn nữa, có các đầu sonotrode siêu âm được chế tạo theo yêu cầu. Độ bền của các thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 ở chế độ tải nặng và trong các môi trường khắc nghiệt.