Die wichtige Rolle von Pumpen bei der Entwicklung und Herstellung von Impfstoffen

Human receiving a vaccination shotDer Mensch ist einer Vielzahl von Krankheitserregern ausgesetzt, von der gewöhnlichen und saisonalen Grippe bis hin zu aggressiveren Krankheitserregern, die zu Erkrankungen wie Polio, Masern und neuerdings COVID-19 führen können. Bei den Erregern, die zu diesen Erkrankungen führen, handelt es sich in der Regel um Viren oder bakterielle Zellen. Je nach Art des Angriffs kann es für den menschlichen Körper schwierig sein, schnell und effektiv genug zu reagieren, um eine Erkrankung zu verhindern.

Um die Reaktion des Immunsystems auf diese Krankheitserreger vorzubereiten und zu stärken, werden häufig vorbeugend Impfstoffe verabreicht. Impfstoffe gibt es in verschiedenen Formen, wobei jede Form die Immunreaktion des menschlichen Körpers auf das Vorhandensein der Krankheitserreger stimulieren und gleichzeitig sicherstellen soll, dass die Gesundheit des Wirts während des Impfvorgangs nicht gefährdet wird. Dieses gewünschte und notwendige Ergebnis führt zu Impfstoffentwicklungszyklen von mehreren Monaten bis hin zu mehreren Jahren. Bei derart langen Entwicklungszyklen ist es von entscheidender Bedeutung, dass die in den einzelnen Entwicklungsstadien verwendete Hardware entlang des gesamten Flüssigkeitsweges sorgfältig ausgewählt wird, um sicherzustellen, dass die Impfstoffchargen lebensfähig bleiben und eine hohe Ausbeute liefern, während gleichzeitig das Risiko einer Kontamination minimiert wird.

Die typischen Phasen der Impfstoffentwicklung

Die Entwicklung eines Impfstoffs beginnt in der Regel mit der Identifizierung der Krankheitserreger. Sobald der jeweilige Krankheitserreger identifiziert ist, kann mit der Forschung begonnen werden, um die wirksamste Form eines Impfstoffs zu bestimmen, z. B.:

  • Abgeschwächte Lebendimpfstoffe, die aus abgeschwächten Versionen des eigentlichen Erregers bestehen. Aufgrund der Ähnlichkeit dieser abgeschwächten Version mit dem tatsächlichen Erreger sind abgeschwächte Lebendimpfstoffe in der Regel sehr wirksam bei der Stimulierung einer dauerhaften Immunreaktion. Sie bergen jedoch auch Risiken, insbesondere für Empfänger mit gesundheitlichen Problemen, die eine gesunde Immunreaktion behindern könnten.
  • Inaktivierte Impfstoffe bestehen in der Regel aus völlig inaktiven Krankheitserregern. Sie sind zwar für eine größere Zahl von Empfängern sicherer, aber sie sind in der Regel auch weniger wirksam bei der Stimulierung einer dauerhaften Immunreaktion und erfordern daher häufig Auffrischungsimpfungen, um sicherzustellen, dass das Immunsystem des Empfängers vollständig auf das Eindringen lebender Krankheitserreger vorbereitet ist.
  • Subunit-, rekombinante, Polysaccharid- und Konjugatimpfstoffe werden unter Verwendung spezifischer Fragmente der Krankheitserreger entwickelt. Diese Fragmente sind in der Regel mit Bereichen oder Merkmalen des Erregers verbunden, die die natürliche Immunantwort des Wirts auslösen. Aufgrund der Beschaffenheit dieser Impfstoffe sind sie im Allgemeinen sowohl sehr sicher für den Empfänger als auch hochwirksam, wenn es darum geht, das Immunsystem des Wirts zu einer aggressiven Reaktion zu veranlassen, wenn es die Anwesenheit dieser Fragmente wahrnimmt.
  • Toxoidimpfstoffe basieren auf den inaktivierten Versionen der Toxine, die von den Krankheitserregern freigesetzt werden, sobald sie mit dem menschlichen Körper in Kontakt kommen. Sie sollen das menschliche Immunsystem darauf vorbereiten, das Vorhandensein der Toxine schneller zu erkennen und die Immunreaktion auf den Bereich zu konzentrieren, in dem das Toxin gefunden wurde. Diese Art von Impfstoffen kann manchmal nur eine begrenzte Wirksamkeit haben und erfordert daher Auffrischungsimpfungen, um das für eine angemessene Immunreaktion erforderliche Maß an Wirksamkeit aufrechtzuerhalten.

Sobald der richtige Impfstofftyp ermittelt wurde, muss der Impfstoff einen strengen und komplexen Herstellungszyklus durchlaufen. Die Schritte dieses Zyklus lassen sich im Allgemeinen wie folgt beschreiben:

  1. Kultivierung – In dieser Phase wird eine Charge der Erreger kultiviert und gezüchtet, um viel größere Chargen des Erregers zu produzieren. In dieser Phase müssen Dinge wie Temperatur, pH-Wert, Nährstoffgleichgewicht usw. berücksichtigt, überwacht und kontrolliert werden.
  2. Klärung/Reinigung – Sobald die Zielmenge des Krankheitserregers erfolgreich produziert wurde, durchläuft die Charge einen Prozess, bei dem alle Spuren des Trägermediums entfernt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass der gereinigte Wirkstoff für die nächste Entwicklungsstufe und schließlich für die Verpackung und den Vertrieb bereit ist.
  3. Vorbereitung für die Abfüllung/Verpackung – In dieser Phase werden alle erforderlichen Schritte (z. B. Inaktivierung) am Chargeninhalt vorgenommen, um ihn für die letzten Produktionsschritte vorzubereiten und die Sicherheit des Wirts zu gewährleisten.
  4. Abfüllung/Verpackung – In dieser Phase wird der Impfstoff meist in Spritzen und Fläschchen für den Endbenutzer abgefüllt. Es werden Schritte unternommen, um sicherzustellen, dass das fertige Produkt stabil und lebensfähig ist, während gleichzeitig die Sicherheit der Wirte höchste Priorität hat.

Übertragung von Impfstoffinhalten während des gesamten Produktionszyklus

Jede Phase des Produktionszyklus erfordert einen sorgfältigen Transfer der Chargenflüssigkeit. Aufgrund der Beschaffenheit der meisten Impfstoffe – sie enthalten oft entweder aktive oder inaktive Krankheitserreger – und weil das Vorhandensein dieser Krankheitserreger die Wirksamkeit der Impfstoffe erst ermöglicht, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die im gesamten Flüssigkeitsweg verwendete Ausrüstung und Hardware darauf ausgelegt ist, die Lebensfähigkeit der Erreger zu erhalten.

Masterflex L/S Peristaltic Pump with Cytoflow Pump Head

Da die typischen Impfstoffe empfindlich auf die Höhe der Scherkräfte reagieren, denen sie ausgesetzt sind, können Pumpentechnologien wie unsere Pumpenköpfe eine sehr effektive Pumpenoption sein. Die Antriebe bieten Edelstahlgehäuse für eine einfache Reinigung, und die Cytoflow-Pumpenköpfe sind Peristaltikpumpenköpfe mit einem einzigartigen konvexen Rollen- und konkaven Schlauchbettdesign, das die Scherkräfte reduziert. In unabhängigen Studien wurde nachgewiesen, dass dies die Gesamtausbeute verbessert und gleichzeitig die Schädigung des zellulären oder viralen Inhalts des Impfstoffs minimiert. Wenn diese Pumpenantriebe und -köpfe mit Schläuchen gekoppelt werden, die sowohl die behördlichen Anforderungen erfüllen als auch die erforderliche Lebensdauer für jede Phase der Impfstoffentwicklung bieten, können hohe Ausbeuten an Fertigprodukten erzielt werden.

Bei Anwendungen, bei denen höhere Drücke auftreten können – wie z. B. bei der Tangentialflussfiltration (TFF) im Reinigungsprozess – wird empfohlen, den bereits erwähnten Masterflex L/S Prozesspumpenantrieb mit dem innovativen Quattroflow™ Pumpenkopf zu kombinieren. Dieser einzigartige Vier-Kammer-Membranpumpenkopf unterstützt hohe Drücke und behält gleichzeitig die scherungsarmen Eigenschaften bei, die für eine hohe Ausbeute an lebensfähigem Impfstoffmaterial bei jeder verarbeiteten Charge erforderlich sind.

Masterflex Quattroflow Stainless Steel Peristaltic Pump System Ethernet/IP

Für Anwendungen, bei denen nur Erregerfragmente verwendet werden und bei denen der Aufrechterhaltung der viralen oder bakteriellen Integrität keine entscheidende Bedeutung zukommt, kann ein Masterflex L/S oder I/P Prozessantrieb aus Edelstahl in Verbindung mit einem herkömmlichen Easy-Load® II Pumpenkopf eine praktikable Lösung sein. Diese bewährte Konfiguration aus Antrieb und Kopf bietet eine zuverlässige Peristaltikpumpenleistung zu einem günstigeren Preis als die zuvor erwähnten Optionen mit Cytoflow oder Quattroflow. Aufgrund ihrer einfachen Handhabung ist sie für viele Kunden weltweit die erste Wahl.

Vorteilhaft ist, dass sich sowohl die traditionellen Schlauchpumpenlösungen mit dem Cytoflow Pumpenkopf und dem Easy-Load II Pumpenkopf als auch die Option des Quattroflow Pumpenkopfs mit höherem Druck gut für den Einmalgebrauch eignen, was zu minimalen Ausfallzeiten und erhöhten Kosteneinsparungen führt.

Nutzung von Pumpentechnologien für echte Vorteile bei der Impfstoffentwicklung

Wie bereits erwähnt, ist die Entwicklung von Impfstoffen ein zeitintensiver und komplexer Prozess, der zu hohen Erträgen bei minimaler Kontamination und Ausfallzeit führen muss. Durch die Wahl eines Masterflex Pumpensystems, das ideal auf diese anspruchsvollen Anwendungen zugeschnitten ist, können die Anwender in der Impfstoffentwicklung Kosteneinsparungen erzielen und von den inhärenten benutzerfreundlichen Merkmalen profitieren, die in der Branche seit langem geschätzt werden. In Verbindung mit der großen Auswahl an Masterflex Schläuchen findet sich eine Masterflex Lösung für praktisch jede Flüssigkeitstransfer- oder Dispensier-Anwendung im Impfstoffentwicklungszyklus.

Bildnachweis Impfstoff: Angelo Esslinger bei Pixabay

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Masterflex unterstützt den gesamten Flüssigkeitsweg in der Bioprozesstechnik