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Formulierung von Impfstoffen

Laborlösungen für Tests, Qualitätskontrolle und Entwicklung von Impfstoffen

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Detailaufnahme eines Virus

Was umfasst die Formulierung von Impfstoffen?

Aufgrund des natürlichen Abwehrmechanismus des Körpers bringen Impfstoffe dem Immunsystem bei, einen Schutz gegen bestimmte fremde Krankheitserreger, in erster Linie Bakterien und Viren, aufzubauen. Sie werden traditionell eingesetzt, um die Übertragung von Infektionskrankheiten zu verhindern oder zu reduzieren. Einige neu entstehende Impfstoffe können jedoch bei der Beseitigung von bestehendem Krebs oder anderweitig erkranktem Gewebe helfen.

Die Formulierung von Impfstoffen ist der Prozess der Entwicklung und Herstellung von Impfstoffen. Impfstoffe kombinieren im Allgemeinen primäre und sekundäre Impfstoffkomponenten, um eine hohe Bioverfügbarkeit und Bioaktivität der Zielsubstanzen zu erreichen und gleichzeitig die richtige Art und den richtigen Grad an Immunstimulation zu erzielen. Sekundäre Inhaltsstoffe werden hinzugefügt, um die Transportstabilität und Haltbarkeit zu gewährleisten. Effiziente Herstellungsprozesse sind erforderlich, um hohe behördliche Standards zu erfüllen. 

Entwicklung einer Impfstoff-Formulierung – Hauptkomponenten der Formulierung

Formulierungen von Impfstoffen enthalten in der Regel ein Antigen, das mit dem aktiven pharmazeutischen Wirkstoff (API) gleichgesetzt werden kann sowie ein oder mehrere Adjuvanzien, welche die immunogene Wirkung des Antigens verstärken sollen. Anschliessend werden Hilfsstoffe hinzugefügt, um die Stabilität und Lagerung der Formulierung zu unterstützen.

Aktuelle Impfstoff-Antigen-Typen

Es gibt eine Vielzahl von Impfstoffkategorien, die in der Regel als Lebend- oder Totimpfstoffe klassifiziert werden, um zwischen Impfstoffen, die abgeschwächte, sich vermehrende Stämme des Erregers enthalten und solchen, die nur Bestandteile des Erregers oder abgetötete, ganze Organismen enthalten, zu unterscheiden.

virale Impfstoffe
  • Virale Impfstoffe. Die beiden wichtigsten Ansätze für Ganzvirusimpfstoffe sind:
    • Attenuierte Lebendimpfstoffe, bei denen eine abgeschwächte Form des Virus verwendet wird, die sich noch vermehren kann, ohne eine Krankheit auszulösen.
    • Totimpfstoffe, bei denen abgetötete Viren verwendet werden, die sich nicht vermehren können, aber dennoch eine Immunantwort auslösen, da die in der Virusstruktur vorhandenen Antigene erhalten bleiben.
rekombinante virale Vektorimpfstoffe
  • Rekombinante virale Vektorimpfstoffe. Virale Vektorimpfstoffe verwenden ein nicht verwandtes, abgeschwächtes Virus (Adenovirus), um die zelluläre Maschinerie zu kapern und den Wirtszellen Anweisungen zur Produktion von Antigenen zu geben, die eine Immunreaktion auslösen.
     
Untereinheiten/rekombinante Proteinimpfstoffe
  • Untereinheiten/rekombinante Proteinimpfstoffe. Rekombinante Protein-Impfstoffe oder Protein-Untereinheiten-Impfstoffe verwenden Teile des Pathogens, die mit rekombinanter DNA-Technologie hergestellt werden.
Toxoid-Impfstoffe
  • Toxoid-Impfstoffe. Toxoidimpfstoffe werden aus abgeschwächten Toxinen hergestellt, die von Bakterien abgesondert werden. Die Technologie ist ausgereift und Impfstoffe dieses Typs werden weltweit gegen Krankheiten wie Tetanus und Diphtherie eingesetzt.
Biokonjugat-Impfstoffe
  • Biokonjugat-Impfstoffe. Biokonjugierte Impfstoffe modifizieren oder kombinieren zwei oder mehr verschiedene Impfstoffkomponenten durch mechanische, chemische oder biokatalytische (enzymatische) Prozesse.
mRNA- und pDNA-Impfstoffe
  • mRNA-Impfstoffe und pDNA-Impfstoffe. Nukleinsäure-Impfstoffe umfassen mRNA- und pDNA-Impfstoffe (zirkuläre Plasmid-DNA). Diese Impfstoffe verwenden genetisches Material, entweder RNA oder DNA, um den Zellen die Anweisungen zur Herstellung eines Antigens zu geben. Sobald sie sich in einer menschlichen Zelle befinden, nutzen mRNA- oder pDNA-Impfstoffe die Proteinmaschinerie der Zellen, um das Antigen herzustellen, das eine Immunreaktion auslösen wird.

Der Herstellungsablauf ist für alle Impfstoffklassen ähnlich. Ein Antigen wird identifiziert, hergestellt, gereinigt und formuliert. Heutzutage werden die meisten Antigene im Wege der Bioprozessierung in den folgenden Schritten hergestellt:

  • Beim Upstream Processing werden Bakterien, Hefe oder Zellkulturen zur Herstellung eines Antigens (Virus, Bakterien, rekombinante Proteine, abgeschwächtes Toxin) oder zur Amplifikation der für mRNA-Impfstoffe erforderlichen pDNA verwendet. Die Online-Überwachung von Parametern wie pH-Wert, Gehalt an gelöstem Sauerstoff und dem prozentualen Anteil von CO2 in Kulturmedien ist notwendig, um die Kulturbedingungen und die Erträge zu optimieren.
  • Die nachgelagerte Verarbeitung beginnt mit der Isolierung und Reinigung der interessierenden Verbindung (Antigen, pDNA) aus der Bulk-Umgebung. Die betreffende Verbindung kann bei Bedarf weiterverarbeitet werden (z. B. Virusinaktivierung, pDNA-Linearisierung und mRNA-Transkription).
  • Bei der Formulierung wird das Antigen mit einigen Adjuvanzien, Stabilisatoren und Hilfsstoffen kombiniert, um die Wirksamkeit und Lagerung des Impfstoffs zu verbessern.

Verfügbare Impfstoff-Adjuvanzien

Neben Antigenen, die als Wirkstoff gelten und die adaptive Immunreaktion auslösen, enthalten die meisten Impfstoffe auch Adjuvanzien, die eine stärkere Immunantwort simulieren sollen.

Es gibt sechs Hauptklassen von Adjuvanzien:

  1. Aluminiumsalz-Adjuvanzien: Aluminiumsalze werden in der Regel ausgefällt und erfordern eine Kontrolle der Partikeltechnik. 
  2. Öle oder andere Emulsionssubstanzen: Diese können aus zahlreichen Quellen stammen und erfordern nach der Extraktion und Reinigung eine Charakterisierung der Verunreinigungen und der Partikelgrössenentwicklung.
  3. Liposomen oder andere Lipid-Nanopartikel: Diese Partikel können durch chemische Synthese von Lipidkernkomponenten oder durch Biokatalyse oder bakterielle Fermentation hergestellt werden.
  4. Bakterielle Adjuvans-Produkte: Diese Adjuvanzien werden entweder aus teilgereinigten oder gereinigten rekombinanten Komponenten hergestellt.
  5. Immunstimulatorische Komplexe (ISCOMS): Diese Impfstoff-Adjuvanzien sind im Wesentlichen vollständig strukturierte oder fragmentierte Zytokinproteine, andere Proteine oder Peptide, die durch herkömmliche vor- und nachgelagerte Bioprozessierungsmethoden hergestellt werden, bevor sie mit dem/den primären Impfstoffantigen(en) kombiniert werden.
  6. Oligonukleotide: Diese spezialisierten Nukleotide werden durch Festphasen- Oligonukleotid-Synthese in einem separaten Arbeitsablauf hergestellt, bevor sie mit dem primären Impfstoff-Adjuvans formuliert werden.

Die Wirksamkeit von Adjuvanzien wird in der Regel während klinischer Wirksamkeitsstudien evaluiert. Daher ist es wichtig, bereits in der klinischen Entwicklungsphase Qualitätsmerkmale für die Formulierung von Impfstoffadjuvanzien festzulegen.

Verfügbare Impfstoff-Adjuvanzien

Impfstoffstabilisatoren und Hilfsstoffe

Impfstoffstabilisatoren und Hilfsstoffe

Impfstoffe können empfindlich sein. Unterschiedliche Formulierungen zeigen im Allgemeinen unterschiedliche Stabilitäten gegenüber entsprechenden Temperaturbedingungen.

Während abgeschwächte Lebendimpfstoffe in flüssigen Lösungen gefrierempfindlich sind, reagieren inaktivierte Viren, Untereinheiten oder Toxoide empfindlicher auf Hitze. Der Formulierung werden Stabilisatoren oder Hilfsstoffe zugesetzt, um Schäden durch Einfrieren oder Hitzeeinwirkung zu minimieren oder um das Antigen während des Trocknens vor Scherkräften und Austrocknung zu schützen.

Mannit, Dextran, Laktose, L-Leucin und Trehalose werden häufig als schützende Hilfsstoffe verwendet. Die Wahl des Stabilisators hängt von der Art der Formulierung von Impfstoffen ab und erfordert eine sorgfältige Optimierung der Formulierungsparameter in der ersten Phase der Produktentwicklung, um zu beurteilen, welcher Hilfsstoff oder welche Kombination von Hilfsstoffen das Antigen im vitrifizierten Zustand am besten stabilisiert.

Kombinieren von Impfstoffkomponenten

Zwei wichtige Punkte bei der Formulierung von Impfstoffen sind die Zugabe von Hilfsstoffen zur Erhöhung der Immunogenität des Antigens und die Zugabe von Hilfsstoffen zur Verbesserung der Stabilität des Endprodukts, welche die Lagerbedingungen beeinflusst.

In der Regel sind attenuierte Lebendimpfstoffe die einzigen Impfstoffe, bei denen keine zusätzlichen Adjuvanzien bei der Formulierung erforderlich sind, um die Immunantwort zu steigern. Ihre Lagerbedingungen erfordern jedoch eine gut eingehaltene Kühlkette.

Verschiedene Charakterisierungs- und Screening-Schritte und -Prozesse können dazu beitragen, dass die endgültigen Impfstoff-Formulierungen nach ihrer Kombination die erforderliche Leistung erbringen. Die Schritte zur Auswahl eines Adjuvans und zur Vorbereitung von Formulierungen werden unten beschrieben.

1. Screening und Auswahl des Adjuvans

Adjuvantes Screening

Beim Screening und bei der Auswahl von Adjuvanzien müssen häufig widersprüchliche klinische und produktionstechnische Anforderungen in Einklang gebracht werden. Wenn beispielsweise ein rekombinantes Untereinheiten-Antigen verwendet wird, das in der Regel auf ein Aluminiumsalz-Adjuvans abgestimmt ist, fördern kritische Qualitätsmerkmale (CQA) wie kleine Adjuvans-Mikropartikelgrössen mit hohem Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und Antigen-Adsorptionskapazität eine hohe Bioaktivität. Kleine Partikel stellen jedoch eine grosse Herausforderung für die Kontrolle der Ausbeute, die Filtrationseffizienz und die Abfüllung in die Fläschchen dar.

Bei der Auswahl des Adjuvans müssen chemische und physikalische Eigenschaften sowie Prozessparameter wie Temperatur, Mischdynamik, Konzentrationskontrolle, Reagenzien-Dosierraten, Stoffaustausch sowie Partikel- und Reaktionskinetik berücksichtigt werden.Die effiziente und wiederholbare Charakterisierung von Prozessparametern und der daraus resultierenden Transformationen kann die Definition und Kontrolle des gewünschten Attributs ermöglichen. Automatisierte Laborreaktoren eignen sich hervorragend zur Untersuchung des Einflusses chemischer und physikalischer Parameter auf die Adjuvanspräparation. 

2. Bewertung von Antigen-Adjuvans-Wechselwirkungen

Antigen- und Adjuvans-Wechselwirkungen und Screening.

Antigene adsorbieren an Adjuvanzien wie AlPO4 und andere, durch Ligandenaustausch zusammen mit elektrostatischen, hydrophoben oder Van-der-Waals-Wechselwirkungen. Andere Hilfsstoffe wie Lipid-Nanopartikel können das Impfstoff-Antigen einkapseln.

Bei Formulierungsstudien zur Antigen-Adjuvans-Wechselwirkung ist es wichtig, die Stabilität der Antigen-Adjuvans-Wechselwirkung zu beurteilen. Unter anderem müssen folgende Probleme angegangen werden:

  • Ob die Wechselwirkung permanent oder reversibel ist, sowie ihre Stärke und Stabilität,
  • Kinetik von Reaktionen oder Mechanismen der Partikelumwandlung,
  • Zwischenprodukte oder Umwandlungen des Antigen-Adjuvans-Komplexes, bevor ein Gleichgewicht erreicht wird und
  • Ob die Formulierungen den Antigen-Adjuvans-Komplex in eine stabilere Konfiguration bringen können, um die Bioaktivität zu verbessern.

Echtzeit- und In-situ-Prozessmessungen mittels spektroskopischer Analyse und PAT (Prozessanalysetechnologie) mit Partikeltechnik helfen bei der Charakterisierung von Antigen-Adjuvans-Wechselwirkungen.

3. Optimierung der Impfstoffstabilität

Optimierung des Impfstoffs gegen eine Reihe von Faktoren

Wie bereits erwähnt, können Impfstoffe fragil sein. Stabilisatoren oder Hilfsstoffe werden zu folgenden Zwecken zugesetzt:

  • Minimierung der Aggregation oder des Abbaus eines Arzneimittels während der Produktion,
  • Verbesserung der Löslichkeit eines aktiven Arzneimittels,
  • Aufrechterhaltung des richtigen pH-Werts,
  • Beibehaltung einer stabilen Konformation oder Sekundärstruktur,
  • Aufrechterhaltung einer hohen Antigen-Adjuvans-Adsorption und
  • Verlängerung der Haltbarkeit bei längerer Lagerung.

Bei der Auswahl von Hilfsstoffen und Stabilisatoren wird häufig das Endergebnis des Impfstoffs berücksichtigt, wie es durch Offline-Analysemethoden bestimmt wird, während der Prozess oder das Verfahren selbst nicht angemessen berücksichtigt oder charakterisiert wird.Das Verständnis der Kinetik, des Routen-Mechanismus oder der molekularen Wechselwirkungen in-situ ist entscheidend für die Etablierung robuster Prozesskontrollen.

4. Filtrat für Endkonzentrationen

Aufkonzentrierungsverfahren durch Ultrafiltration mit Tangentialflussfiltration (TFF), Hohlfaserfiltern oder anderen Methoden werden häufig bei der Formulierung von Impfstoffen eingesetzt. Die Aufkonzentrierung kann unabhängig oder zusammen mit der Diafiltration durchgeführt werden, wobei auch ähnliche Filtrationsmethoden verwendet werden.

Der Bedarf an höherem Durchsatz, Prozesscharakterisierung und -kontrolle ist ein Grund für die Echtzeit-Analysetechnologie beim Betrieb von Pufferaustauscheinheiten. Die Analyse von höher konzentrierten Protein-, Virus- oder Polysaccharid-Antigen-Lösungen ist ein Vorteil für biologische Prozesse, die mit PAT-Tools für die Schwingungsspektroskopie gemessen werden, und erleichtert die gleichzeitige Echtzeitanalyse von Proteinen und Hilfsstoffen in einer wässrigen Lösung.

5. Gefriertrocknung der endgültigen Formulierungen

Impfstoffe werden üblicherweise in Pulverform durch Gefriertrocknung stabilisiert. Die Zugabe von Kryoschutzmitteln in die Impfstoff-Formulierung spielt eine grosse Rolle bei der Entwicklung einer stabilen Pulverformulierung.

Ein Kryoschutzmittel stabilisiert das Impfstoffmolekül durch Verglasung und verlangsamt die Aggregation von Proteinen oder Lipidmembranen. Das Kristallisationsverhalten des Hilfsstoffs sowie die Kollapstemperatur (Tc) und die Glastemperatur (Tg) der gefrierkonzentrierten Lösung sind wichtige Variablen, welche die Stabilität der Formulierung beeinflussen. Die Bestimmung dieser Werte mithilfe der Differenzkalorimetrie (DSC) vor dem Einfrieren liefert Hinweise auf die Stabilität der Formulierung und kann den Erfolg des gesamten Gefriertrocknungsprozesses bestimmen.

Herausforderungen bei der Formulierung von Impfstoffen

Die Entwicklung von Impfstoff-Formulierungen umfasst zahlreiche Aufgaben und Verantwortlichkeiten. Die Herausforderungen bei der Formulierungsentwicklung sind daher vielfältig und spezifisch für die jeweiligen Aufgaben.

Zu den zentralen Herausforderungen, die sich in allen Formulierungsschritten wiederfinden, gehören:

  • Formulierungsspezifische Gestaltung und Handhabung Jede Reaktion und Methode zur Impfstoff-Formulierung erfordert eine spezifische Konstruktion und Handhabung, einschliesslich Bedingungen, die auch für jedes Reaktionsschema einzigartig sein können und eine einzigartige Charakterisierung erfordern.
  • Probennahme als Engpassfaktor. Die Probennahme wird in der Regel zu einem kritischen Engpassfaktor. HPLC und Offline-Partikelcharakterisierung sind Standardanalysemethoden, die während der Formulierungsentwicklung umfassend eingesetzt werden. Viele Tausende von Proben werden, meisten von Hand, entnommen und diese werden manuell für Offline-HPLC- oder Offline-Partikelcharakterisierungstechniken vorbereitet.
  • Fehlende In-Situ-Messungen. Reaktionskinetik und Antigenadsorptionsmechanismen sind ohne In-situ-Messungen schwer zu charakterisieren.
  • Begrenzte Informationen aus der intermittierenden Probenahme. Ebenso können Zwischenprodukte oder Prozessereignisse bei intermittierenden Probennahmen leicht unbemerkt bleiben und kein echtes Verständnis der Prozessmechanismen ermöglichen.
  • Auswahl des richtigen Trägervesikels zum Schutz der Nutzlast, die nicht nur den Produktions- und Lieferbedingungen standhält, sondern auch standortspezifisch eingesetzt werden kann

Die In-situ-Partikelcharakterisierung oder PAT in Kombination mit Charakterisierungstechniken wie der Spektroskopie können dazu beitragen, diese Herausforderungen zu bewältigen und die Entwicklung effektiver Impfstoffformulierungen zu rationalisieren, die bei einem aktiven Ausbruch einer lebensbedrohlichen Krankheit von entscheidender Bedeutung sein können.

Optimierung der Formulierung von Impfstoffen

Die Optimierung der Impfstoffentwicklung erfordert ein tiefgreifendes Verständnis von Immunologie, Bioprozessierung, Biokonjugation, Adjuvanssynthese, Antigen-Adjuvans-Adsorption, Hilfsstoffen/Stabilisatoren, Aufkonzentrationen, Pufferaustausch und anderen Prozessparametern. Verschiedene Technologien tragen zum Erfolg bei der Impfstoffentwicklung bei.

In-Situ-Partikelcharakterisierung mittels PAT

In-situ-Partikelcharakterisierung und Spektroskopie (PAT) werden häufig in Kombination mit automatisierten Laborreaktoren eingesetzt. Dies kann intensive und sich wiederholende manuelle Vorgänge überflüssig machen und die Prozesscharakterisierung beschleunigen. PAT kann zur Unterstützung der Entwicklung von Impfstoff-Formulierungen eingesetzt werden, z. B in folgenden Bereichen:

  • Stabilitätsstudien. Auf DoE (der statistischen Versuchsplanung) basierte Stabilitätsstudien zur Bewertung von Temperatur, Hydrolyse, Oxidation, Deamidierung oder Abbau durch Licht sowie die Bewertung von Verunreinigungen oder Abbaunebenprodukten als Folge der Analyse werden durch Inline-Charakterisierungsmethoden verbessert.
  • Definition der kritischen Prozessparameter (CPP). Die Verwendung von PAT zur Definition von CPPs hilft dabei, entscheidende Transformationen, die Kinetik der Mikropartikelbildung, die Stöchiometrie von Wirkstoffen, unkontrollierte Transformationen, molekulare Adsorption, Antigenbindung oder unerwünschte Sekundärstrukturänderungen genau zu beurteilen.
  • Analyse und Datenauswertung. Die Reduzierung des Probennahmebedarfs durch PAT-Reaktoren und automatisierte Reaktoren erleichtert strukturierte und durchsuchbare Daten und verbessert die Datenanalyse und -handhabung.
  • Messung von Prozessparametern und Qualitätsattributen. Eigenschaften wie Partikelgrösse, Agglomeration, Antigenstruktur, Antigen-Adjuvans-Wechselwirkungen und Löslichkeit lassen sich leicht beurteilen und charakterisieren.

Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) und Temperatur

Um die Qualität der Impfstoff-Formulierungen in Pulverform zu gewährleisten, sollte die Temperatur der Formulierung während des Trocknungsprozesses und während der Lagerung niemals über ihre Glasübergangstemperatur ansteigen.

Die DSC-Analyse der Rezeptur vor den Trocknungsschritten ermöglicht die Bestimmung der Glasübergangstemperatur einer gefrierkonzentrierten Lösung sowie des fertigen Pulvers und trägt zur Optimierung der Trocknungsparameter und Lagerbedingungen bei.

Karl-Fischer (KF)-Titration und Wassergehalt

Trocknungsprozesse entfernen nie 100 % des in der Probe enthaltenen Wassers. Das verbleibende Wasser beeinflusst die Haltbarkeit, die physikalische und chemische Stabilität sowie die Gesamtqualität des Impfstoffs. Ein zu niedriger Feuchtegehalt kann zu Verarbeitungsproblemen oder zur Aggregation führen, während ein zu hoher Feuchtegehalt aufgrund von Haltbarkeits- und Lagerinstabilitäten zu einer Verschlechterung des Produkts führt.
Die Referenz zur Messung der Restfeuchte in pharmazeutischen lyophilisierten Produkten, um sicherzustellen, dass sie stabil und effektiv bleiben, ist die coulometrische Karl Fisher -Titration.

Herausforderungen der Impfstoffqualitätskontrolle

Nach Angaben von Impfstoffherstellern können Qualitätskontrollen und -tests mehr als die Hälfte der Produktionszeit des Impfstoffs in Anspruch nehmen. Die rechtliche Verantwortung für die Aufrechterhaltung der Wirksamkeit von Produkten in jeder Produktionsphase liegt im Allgemeinen beim Hersteller. Daher ist die Analyse der Impfstoffrohstoffe und des Endprodukts von entscheidender Bedeutung. Die folgenden Technologien helfen, die Herausforderungen der Qualitätskontrolle bei der Entwicklung und Herstellung von Impfstoffen zu bewältigen.

UV-VIS-Spektroskopie

Unter den derzeit verfügbaren Analysetechniken gilt die UV-VIS-Spektrophotometrie als Standardmethode für die Konzentrationsmessung von Proteinen und des Nukleinsäuregehalts. Dies ist wichtig, da z. B. mRNA-Impfstoffe hochgereinigte DNA/RNA benötigen, um ihre Wirksamkeit zu erhalten.
UV/VIS kann auch bei der Analyse von Enzymen, Nukleotiden und Plasmiden sowie in Reinheits-/Verunreinigungsprofilen von Rohstoffen wie Ethanol und Saccharose eingesetzt werden. Diese Flexibilität und die einfache Analyse haben UV-VIS zu einer Analyse der Wahl für die Charakterisierung von fertigen Impfstoffen und verschiedenen Impfstoffkomponenten in der gesamten Entwicklungskette gemacht.

Karl-Fischer-(KF)-Titration

Viele pharmazeutische Inhaltsstoffe sind entweder Hydrate oder enthalten Wasser in adsorbierter Form. Wasser kann das Verhalten von Hilfsstoffen sowie die Haltbarkeit und Stabilität des Impfstoffs beeinflussen. Die Analyse des Feuchtegehalts und das Verständnis des Einflusses von Feuchte auf das Produkt sind für die Definition von Impfstoffspezifikationen und -beschränkungen unerlässlich.
Die Karl-Fischer-Titration ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden zur Bestimmung des Wassergehalts. Die Bestimmung des Wassergehalts ist wichtig, um die Einhaltung der Pharmakopöe-Standards nachzuweisen. Ein Beispiel für die Karl-Fischer-Titration ist die Charakterisierung von Polysorbat 80, einem häufig verwendeten Hilfsstoff in der Formulierung von Impfstoffen.
Der Feuchtegehalt von Hilfsstoffen und der endgültigen Pulverformulierung kann auch mit einem Feuchtebestimmer gemessen werden. In der Monographie wird eine „Trocknungsverlust“-Methode mit einem Trocknungsofen erwähnt. Diese Messungen geben Aufschluss über die Lagerbedingungen und die Haltbarkeit.

Einhaltung der Vorschriften zur Impfstoffentwicklung

Der Bereich der pharmazeutischen Analytik ist international stark standardisiert. Impfstoffhersteller müssen Informationen über pharmazeutische Inhaltsstoffe und die in Rezeptierungen von Impfstoffen enthaltenen Zusatzstoffe bereitstellen. Das erfordert strenge Tests.

Aufsichtsbehörden veröffentlichen spezifische Richtlinien, die Assays zur Bewertung der Stabilität von Adjuvans und Adjuvans-Antigen-Komplex umfassen, um die Auswahl und Qualitätskontrolle von Adjuvans zu regulieren. Das Adjuvans allein und in der endgültigen Formulierung sollte auch einer präklinischen und klinischen Bewertung unterzogen werden, um seine Sicherheit und Wirksamkeit zu gewährleisten und seine Fähigkeit zu messen, das Immunsystem gegen ein bestimmtes Antigen zu stimulieren.

Die Unternehmen müssen sich an die lokalen und/oder globalen Pharmakopöe-Kompendien halten, die die chemische Zusammensetzung der für die Herstellung von Produkten zulässigen Substanzen vorschreiben, und die in der Qualitätskontrolle verwendeten Analysetechniken und -methoden sind in internationalen Prüfverfahren definiert. Zu den geltenden Pharmakopöen können die Pharmakopöe der USA (USP), die Europäische Pharmakopöe, die Japanische Pharmakopöe, die Chinesische Pharmakopöe, die Indische Pharmakopöe und die Internationale Pharmakopöe (herausgegeben von der Weltgesundheitsorganisation) oder die Pharmakopöen anderer Länder gehören. Dank aktiver Bemühungen um eine globale Harmonisierung sind die Vorschriften in den verschiedenen Pharmakopöen weitgehend vereinheitlicht worden.

Um die Sicherheit, Wirksamkeit und Akzeptanz des Impfstoffs durch die Zulassungsbehörden zu gewährleisten, ist es wichtig, die Qualität in jeder Phase der Entwicklung zu bewerten. METTLER TOLEDO bietet Instrumente für die kritische analytische Charakterisierung, Qualitätssicherung (QS) und Qualitätskontrolle (QK) in der Forschung und Entwicklung.

Einhaltung der Vorschriften zur Impfstoffentwicklung

Lösungen für die Entwicklung und Qualitätskontrolle von Impfstoff-Formulierungen

Die Entwicklung von Impfstoff-Formulierungen erfordert die Charakterisierung der einzelnen Impfstoffkomponenten, der Adjuvans-Antigen-Komplexe, der Prozesskinetik, der molekularen Wechselwirkungen und anderer Qualitätsmerkmale. Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC). Das DSC3+ von METTLER TOLEDO misst die Enthalpieänderungen in Proben aufgrund von Änderungen ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur oder Zeit. Die Kenntnis der thermischen Eigenschaften einer Impfstoff-Formulierung hilft, die Trocknungsparameter des Impfstoffs zu definieren und eine höhere Stabilität zu erreichen.

  • Karl-Fischer-(KF)-Titration. Die Fähigkeit, den Restfeuchtigkeitsgehalt eines Impfstoffs mit akzeptabler Genauigkeit zu bestimmen, ist für die Sicherheit entscheidend. Angesichts der steigenden Anzahl von zu analysierenden Proben stehen Wissenschaftler unter hohem Zeitdruck, um Ergebnisse zu liefern und gleichzeitig Genauigkeit und Sicherheit zu gewährleisten. Die coulometrischen Karl-Fischer-Titratoren von METTLER TOLEDO bieten eine genaue und präzise Bestimmung des Wassergehalts mit maximiertem Durchsatz, effizienten Arbeitsabläufen und rückverfolgbaren Daten, die die Sicherheit und Produktivität verbessern.

Die Echtzeitüberwachung der Auswirkungen von Prozessparametern auf Hilfsstoffe, Stabilisatoren, Adjuvanzien und Antigen-Adjuvans-Wechselwirkungen ist mit klassischen Offline-Analyse- und Charakterisierungsmethoden nicht möglich. Stattdessen werden DoE-Methoden und ihre voneinander abhängigen Variablen am besten mithilfe von Technologien verstanden und optimiert, die den Prozess in Echtzeit so messen, wie er vor Ort vorliegt.

  • Thermostatische Systeme. Die benutzerfreundliche Thermostatisierung verbessert das Temperaturmanagement und macht Eisbäder und andere umständliche Handhabungen überflüssig, um sicherzustellen, dass CPPS wie Temperatur, pH-Wert, Mischrate und Dosierung genau gemessen werden, was eine reproduzierbare Konjugationschemie, Adjuvanssynthese und Adsorptionsprozesse ermöglicht. METTLER TOLEDO EasyMax™, OptiMax™und RX-10™ machen diese Prozesse einfacher, effizienter und genauer.
  • In-situ-Spektroskopie. Die In-situ-Spektroskopie verfolgt und überwacht wichtige Wirkstoffe, Hilfsstoffe oder Reaktionsspezies gleichzeitig und in Echtzeit in wässrigen und organischen Lösungsmitteln/Puffern. ReactIR™ und ReactRaman™ sind äusserst nützlich für die Charakterisierung unbekannter Prozesszwischenprodukte, Änderungen der Antigen-Sekundärstruktur, prozentuale Adsorption und andere Beziehungen zwischen flüssigen und festen Impfstoffkomponenten. Sie verfolgen schnelle chemische und strukturelle Umwandlungen ohne Störungen durch Schwebeteilchen.
  • In-situ-Partikelcharakterisierung. In-situ-Partikelmesssysteme charakterisieren Adjuvans- oder Antigenpartikel, die bei der Messung mit anderen Techniken zerbrechlich oder anfällig für Veränderungen sein können. Sie können auch kurzlebige Transformationen charakterisieren, fördern oder verhindern, welche die Partikelqualität von Impfstoffen beeinträchtigen können. ParticleTrack™ und EasyViewer™ überwachen mühelos die Grösse, Anzahl und Verteilung von Mikropartikeln in heterogenen Suspensionen.
iC Software Suite

Die METTLER TOLEDO iC Software Suite integriert den gesamten PAT-Versuchsablauf und vereinfacht die Visualisierung, Interpretation und Berichterstellung der Ergebnisse. In jedem iC-Produkt werden leistungsstarke Algorithmen und grafische Darstellungen mit einer einfachen Benutzeroberfläche kombiniert, die es Wissenschaftlern ermöglicht, mit weniger Aufwand ein tieferes Prozessverständnis zu erlangen. Die iC Software Suite erfasst, bereitet und teilt experimentelle Daten zwischen Teams, um institutionelles Wissen aufzubauen und wichtige Ergebnisse für die Regulierungsbehörden aufzubewahren.
Diese In-Situ-Analysetechniken in Verbindung mit automatisierten Reaktoren ermöglichen ein umfassendes Verständnis der Auswirkungen von Reaktionsbedingungen und -variablen auf die Impfstoff-Formulierung und bieten hervorragende Plattformen für die Skalierung anspruchsvoller Prozesse.

Es gibt verschiedene Geräte und Methoden, die bei der genauen Quantifizierung von Antigenen, Adjuvanzien und Hilfsstoffen bei der Impfstoffherstellung gemäss den Leitlinien der verschiedenen Pharmakopöen helfen. Zu den gängigen Techniken gehören Liquid Handling, Wägen, Titration, Dichte, Brechungsindex, UV/VIS-Spektrophotometrie, Schmelzpunkt-, pH-, Leitfähigkeits- und Feuchtebestimmung.

  • Bei der Titration wird die Menge einer bestimmten Substanz (Analyt) in einer Probe durch kontrollierte Zugabe eines Reagenz (Titriermittel) mit bekannter Konzentration bestimmt. Sie wird häufig in Monographien empfohlen, z. B. zur Charakterisierung des Stabilisators Tromethamin oder zur Bestimmung von Natriumacetatkonzentrationen. Die Titration charakterisiert auch Fette und Öle und liefert die Säure-, Hydroxyl-, Peroxid- und Verseifungswerte von Hilfsstoffen. Die modulare Titration Excellence-Produktlinie stellt sicher, dass Sie mit intelligenten Sensoren für alle Anwendungsarten auf zukünftige analytische Herausforderungen vorbereitet sind.
  • Der pH-Wert ist wichtig, um die Stabilität und Sicherheit der endgültigen Impfstoff-Formulierung zu beurteilen. Er ist auch nützlich, um die Qualität bestimmter Impfstoffbestandteile zu überprüfen. Spezielle InLab® Sensoren sind für spezielle biologische Anwendungen erhältlich.
  • Schmelzpunkt, Dichteund Brechungsindex sind physikalische Parameter, die zur Charakterisierung organischer und anorganischer Verbindungen und zur Bestimmung der Reinheit von Impfstoffbestandteilen verwendet werden.
  • Die thermische Analyse mit dem DSC 3+ von METTLER TOLEDO wird zur Messung der Enthalpieänderungen in Proben aufgrund von Änderungen ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit verwendet. Die Kenntnis der thermischen Eigenschaften einer Impfstoff-Formulierung hilft, die Trocknungsparameter des Impfstoffs zu definieren und eine höhere Stabilität zu erreichen. Die thermische Analyse mit DSC oder TGA kann auch für separate Substanzen zur Bestimmung von deren Reinheit verwendet werden. Mit diesen Methoden können auch die Eigenschaften einzelner Stoffe der endgültigen Formulierung bestimmt werden.
  • Die Feuchtebestimmung hilft, die Qualität von Hilfsstoffen und Endprodukten sicherzustellen. Die Fähigkeit, den Restfeuchtigkeitsgehalt eines Impfstoffs mit akzeptabler Genauigkeit zu bestimmen, ist für die Sicherheit entscheidend. Angesichts der steigenden Anzahl von zu analysierenden Proben stehen Wissenschaftler unter hohem Zeitdruck, um Ergebnisse zu liefern und gleichzeitig Genauigkeit und Sicherheit zu gewährleisten. METTLER TOLEDO Karl-Fischer-Titratoren und Halogen Moisture Analyzer bieten eine genaue und präzise Wasserbestimmung mit maximalem Durchsatz, effizienten Arbeitsabläufen und rückführbaren Daten, die die Sicherheit und Produktivität verbessern.
    • Der HX204 Halogen Moisture Analyzer ist ideal für Proben mit niedrigem Feuchtegehalt und für stark regulierte Industrien.
    • Volumetrische Compact Karl-Fischer-Titratoren eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen mit Wassergehalten von 100 ppm bis 100 %.
    • Kompakte coulometrische Karl-Fischer-Titratoren bieten eine besonders schnelle und präzise Titration von Proben mit einem geringen Wassergehalt von 1 ppm bis 5 %.
  • Die UV/VIS-spektrophotometrische Bestimmung gilt als Standardmethode für die Konzentrationsmessung von Proteinen und Nukleinsäuregehalt. Das Spektralphotometer UV5 Nano ist ideal für Life-Science-Anwendungen, bei denen Mikrovolumina analysiert werden, während das Spektralphotometer UV7 ideal für regulierte Umgebungen ist.
LabX-Laborsoftware

Die Vielfalt der Geräte in einem pharmazeutischen Qualitätskontrolllabor stellt oft eine Herausforderung dar, wenn es darum geht, Daten für die Einhaltung der Aufzeichnungsvorschriften zusammenzustellen und zu integrieren. METTLER TOLEDO bietet eine breite Palette von Instrumenten und Waagen, die in Kombination mit der LabX™-Softwaredazu beitragen, die Konformität mit FDA 21 CFR Part 11 zu vereinfachen und zu rationalisieren.
Alle Daten von Excellence-Instrumenten und -Waagen werden automatisch in einer zentralen Datenbank gespeichert. LabX eliminiert das Risiko der manuellen Datenerfassung und -transkription nahezu vollständig und unterstützt Labore und Produktionsstätten bei der Erfüllung der ALCOA+ Datenintegritätsanforderungen der FDA. Auf die Daten kann von überall aus rund um die Uhr zugegriffen werden. Benutzerdefinierte Berichte lassen sich leicht erstellen.
METTLER TOLEDO bietet auch genaue Waagen für Analyse- und Produktionsanforderungen. Erfahren Sie mehr darüber, wie unsere Instrumente verschiedene Probenanforderungen und Prozessanforderungen, einschliesslich intelligenter Dosierautomatisierung, erfüllen können.

Publikationen

FAQ

Wie wirken Impfstoffe?

Wenn ein Krankheitserreger (Viren, Bakterien, Pilze, Parasiten) in den menschlichen Körper eindringt, erkennt das Immunsystem ihn als schädlich an. Um ihn zu überwinden, löst es eine Reaktion aus. Krankheitserreger (Pathogene) bestehen aus mehreren spezifischen Teilen, die normalerweise für einen bestimmten Pathogene und eine bestimmte Krankheit charakteristisch sind. Das Immunsystem erkennt diese Teile als Fremdkörper (Antigen) und produziert Antikörper dagegen.

Antikörper sind spezifisch für das nachgewiesene Antigen. Antikörper gegen einen bestimmtes Pathogen können daher ein anderes Pathogen nicht erkennen und zur Zerstörung markieren. Für jedes neue Antigen muss unser Körper einen neuen spezifischen Antikörper bilden. Wenn dieselbe Krankheit erneut auftritt, erinnert sich das Immunsystem an die Krankheit und es reagiert auf das Pathogen, bevor sich Symptome entwickeln können.

Impfstoffe enthalten einen Teil des Pathogens, welches als Antigen die erste Immunantwort gegen eine Krankheit auslöst und somit eine „Erinnerung“ an die Krankheit erzeugt. Im Idealfall „erinnert“ sich das Immunsystem, wenn eine geimpfte Person später auf die Krankheitserreger stößt und verhindert eine Infektion. Zumindest ist die gewünschte Reaktion auf die Impfung eine weniger gefährliche Infektionen und die Begrenzung der Übertragung.

Was umfasst die Formulierung von Impfstoffen?

Die Formulierung von Impfstoffen ist der Prozess der Entwicklung und Produktion, bei dem primäre und sekundäre Komponenten kombiniert werden, um eine hohe Bioverfügbarkeit und Bioaktivität zu erreichen und gleichzeitig die richtige Art und das richtige Maß an Immunstimulation zu erzielen. Darüber hinaus strebt sie eine hervorragende Stabilität und Haltbarkeit sowie einen effizienten Herstellungsprozess an, der hohe behördliche Standards erfüllt. 

Primäre Komponenten (Antigen oder Antigen-Vorläufer) dienen als prophylaktische oder therapeutische Modalitäten, die eine adaptive Immunantwort auslösen. Sekundärkomponenten (Adjuvanzien und andere Hilfsstoffe) werden zur Erhöhung der Wirksamkeit von Impfstoffen durch immunstimulierende, immunmodulatorische oder immunpotenzierende Wirkungen verwendet. 

Impfstoffe werden traditionell zur Vorbeugung oder Reduzierung von Infektionskrankheiten eingesetzt. Dahingegen können einige neue Impfstoffe die Eliminierung von bestehendem krebsartigen oder erkrankten Geweben unterstützen.

Kann ich einen Infrarot-Feuchtigkeitsmessgerät verwenden, um zuverlässige Ergebnisse für den Wassergehalt zu erhalten?

Ein Feuchtemessgerät, as entweder mit Infrarot- oder Halogenheizung arbeitet, kann je nach Analyseziel und Probenbeschaffenheit den Wassergehalt bestimmen.

Ein thermogravimetrischer Feuchtemessgerät misst den durch die Probenerwärmung verursachten Gewichtsverlust durch Verdunstung (d. h. den „Trocknungsverlust“). Wenn eine Probe nur Wasser als flüchtigen Bestandteil enthält, ermittelt ein Feuchtemessgerät den Wassergehalt. Wenn andere flüchtige Stoffe vorhanden sind, zeigt er den Feuchtegehalt an. Feuchtemessgeräte können daher auch zur einfachen Bestimmung des Feststoffgehalts von Lösungen eingesetzt werden.

Wenn das Ziel darin besteht, den Wassergehalt einer Probe zu bestimmen, die andere flüchtige Bestandteile enthält, ist die Karl-Fisher-Titration die geeignetere Methode.

Welche Vorteile bietet PAT bei der Impfstoffentwicklung?

Durch die Erfassung hoch reproduzierbarer, analytischer Daten in regelmässigen Abständen während jedes Experiments erhalten Wissenschaftler und Ingenieure die besten Erkenntnisse und können Untersuchungen in kürzerer Zeit abschliessen. Genaue und häufige Stichproben liefern grundlegende Erkenntnisse und führen zu schnellen, fundierten Entscheidungen.

Welche Parameter sollten während einer Fermentation überwacht werden und warum?

Die Prozessanalytik während der Fermentation dient den suspendierten Zellen zur Aufrechterhaltung idealer Lebensbedingungen. Dazu gehört die Überwachung und Kontrolle der physikalisch-chemischen Umgebung, wie z. B. pH, gelöster Sauerstoff und gelöstes Kohlendioxid. Durch Aufrechterhaltung perfekter Wachstumsbedingungen kann die Produktqualität hoch gehalten, die Ausbeute verbessert und die Fermentationslaufzeit verkürzt werden.

Was sind die Sensoranforderungen für die Inline-Überwachung einer Fermentation?

Um für den Einsatz in der Bioprozesstechnik geeignet zu sein, müssen Inline-Sensoren sterilisierbar sein, eine geringe Drift aufweisen und über Tage oder sogar Wochen zuverlässig funktionieren. Sensoren sollten vorzugsweise eine einfache, seltene Wartung erfordern, damit die wertvolle Zeit der Techniker nicht unnötig für die Wartung an der Messstelle aufgewendet wird.

Können Geräte zur Laborautomatisierung mir helfen, die Einhaltung von Vorschriften zu gewährleisten?

Ja, das ist möglich. Labore, die einem Audit unterzogen werden, arbeiten daran, durch eine strenge Kontrolle ihrer analytischen Arbeitsabläufe konforme Ergebnisse zu gewährleisten. Bei der Verwendung von automatisierten Laborinstrumenten werden die Instrumente selbst mit Sorgfalt ausgewählt und installiert. Ihre Nutzungshistorie, die Routineprüfungen und die Wartung werden in der Regel detailliert aufgezeichnet.

Die begleitende Software wird ähnlich streng überwacht, um die Entsprechung der Vorschriften über die Vollständigkeit und Sicherheit von Datensätzen sowie die Erfüllung anderer geltender Anforderungen sicherzustellen: z. B. die Beschränkung des Zugriffs der Benutzer auf eine zugewiesene Gruppe von Geräten und/oder Methoden.

METTLER TOLEDO unterstützt die Einhaltung der Vorschriften durch Beratung bei der Geräteauswahl, zum Installationsort sowie zur Einrichtung und durch geeignete Servicepakete. Wir bieten ausserdem rückverfolgbare Gewichte und zertifizierte Referenzsubstanzen für Routinetests, modulare Softwarepakete, die Daten sichern und neue Prozesse unterstützen, sowie eine Erstellung von Standardarbeitsanweisungen (SOPs), die die Qualität der Ergebnisse verbessern können.

Erfahren Sie mehr über Service- und Routinetestlösungen wie CarePacs®, CertiRef™ und LinSets, oder nutzen Sie unsere Good Measuring Practices zur Bewertung der aktuellen Prozessgenauigkeit etc.

Wie kann ich sicher sein, dass meine Waage die Genauigkeitsanforderungen meiner Tests erfüllt?

Es ist wichtig, sich der Leistung einer Waage in Bezug auf bestimmte Anwendungen bewusst zu sein. Eine bestimmte Waage kann für eine Anwendung geeignet sein, für eine andere jedoch nicht. Die Good Weighing Practice™ (GWP®) von METTLER TOLEDO kann Ihnen dabei helfen, festzustellen, ob eine Waage zweckmässig ist.

Wägen Sie in einem sicheren Wägebereich, um genaue Resultate zu erzielen. Die Obergrenze dieses Bereichs ist die Waagenkapazität und das maximale Probengewicht sollte diesen Wert niemals überschreiten. Die untere Grenze wird durch eine Kombination aus der Mindesteinwaage, Prozesstoleranzen und der Anwendung eines Sicherheitsfaktors bestimmt. Das kleinste gewogene Gewicht darf die untere Grenze des sicheren Wägebereichs nicht unterschreiten.

Die Mindesteinwaage einer Waage kann am Einsatzort von einem Servicetechniker bestimmt werden. Der angewendete Sicherheitsfaktor variiert je nach Kritikalität der Anwendung. Für weitere Informationen zum sicheren Wägebereich laden Sie den Leitfaden „Sicherer Wägebereich zur Sicherstellung genauer Resultate“ herunter.

Welche Formen von Service und vorbeugender Wartung bieten Sie an?

Wir bieten Support und Wartungsleistungen über die gesamte Lebensdauer Ihrer Messgeräte – von der Installation über die Kalibrierung und vorbeugende Wartung bis hin zur Reparatur. Mit unserem Qualitätsmanagementsystem und den weltweiten Kalibrierungsstandards helfen wir Ihnen, genaue Ergebnisse und die Einhaltung aller Industriestandards und -vorschriften zu gewährleisten.

All unsere Techniker verwenden dieselbe Software, welche eine vollständige Rückverfolgbarkeit gewährleistet. Die Wartungspläne von METTLER TOLEDO sind auf Ihre Bedürfnisse und Ihre branchenspezifischen Anforderungen zugeschnitten. So bieten wir mit unserem Extended Care-Paket beispielsweise eine schnelle Reaktionszeit und eine bevorzugte Behandlung sowie einen Prüfplan und eine Bestätigung der Geräteeignung.

Mit Schulungen von METTLER TOLEDO stellen Sie sicher, dass Bediener und technisches Personal über das Wissen und die Sicherheit verfügen, Ihre Geräte effizient und effektiv zu bedienen. Unsere Servicetechniker bringen Ihr Team auf den neuesten Stand und bereiten es auf die bevorstehenden Aufgaben vor.