Современное производство вакцин: от биореактора до очистки препарата

04.05.2026

1. Типы вакцин и их ключевые различия

Прежде чем говорить о производстве, важно понять, что вакцины не одинаковы по своей структуре и способам получения. Условно их можно разделить на несколько больших групп:

• Живые ослабленные вакцины содержат ослабленный патоген, который не способен вызвать заболевание, но стимулирует стойкий иммунитет. Примеры: вакцины против кори, паротита, краснухи.
• Инактивированные (убитые) вакцины — содержат патоген, обезвреженный физическими или химическими методами (например, формалином или нагреванием). Так производят вакцины от клещевого энцефалита и цельновирионные гриппозные вакцины.
• Субъединичные и рекомбинантные вакцины — включают только отдельные фрагменты патогена (антигены), которые распознает иммунная система. Они могут быть выделены из бактериальной массы или синтезированы генно-инженерными методами (например, вакцина против гепатита B, где антиген производят генномодифицированные дрожжи).
• Анатоксины — это обезвреженные токсины (яды), которые вырабатывают некоторые бактерии (например, столбнячная или дифтерийная палочка). Иммунитет вырабатывается именно против токсина.
• Векторные вакцины — инновационная платформа, где в качестве «носителя» (вектора) используется безопасный для человека вирус (например, аденовирус), в который встроен ген целевого антигена другого патогена. Это позволяет быстро создавать вакцины против новых инфекций.
• Нуклеиновые (ДНК и РНК) вакцины — содержат генетический материал, кодирующий антиген. Клетки человека сами начинают производить этот антиген, запуская иммунный ответ.

Понимание типа вакцины критически важно, так как от этого зависит выбор биотехнологического оборудования — от ферментеров для бактерий до биореакторов для клеток млекопитающих.

2. Ключевое различие: вирусы против бактерий

С точки зрения производства, принципиальная разница между вирусными и бактериальными вакцинами заключается в способе размножения патогена:

• Бактерии — это самостоятельные живые организмы. Для их выращивания требуется только питательная среда (бульон, агар) и подходящие условия (температура, pH, кислород). Этот процесс реализуется в ферментерах.
• Вирусы — облигатные внутриклеточные паразиты. Они не могут размножаться вне живой клетки. Поэтому для производства вирусных вакцин необходимо сначала вырастить клетки-хозяева (субстрат), а затем заразить их вирусом. Для этого используются биореакторы для клеточных культур, роллерные установки или эмбрионы кур.

3. Оборудование для upstream-процесса: выращивание биомассы

Производство антибактериальных и рекомбинантных вакцин

Здесь ключевую роль играют ферментеры — сложные аппараты для контролируемого культивирования микроорганизмов (бактерий, дрожжей) в жидкой питательной среде. Компания BIORUS предлагает полную линейку таких систем:

• Лабораторные ферментеры и биореакторы : предназначены для отработки методов, выращивания посевного материала и малых партий. Отличаются компактностью, эргономичностью и возможностью независимого управления несколькими сосудами через единое ПО на базе SCADA.
• Пилотные и промышленные ферментеры и биореакторы : используются для масштабирования процесса и крупносерийного выпуска. Объемы могут достигать десятков тысяч литров. Оборудование изготавливается из нержавеющей стали, соответствует стандартам GMP и позволяет проводить как периодическое, так и непрерывное культивирование. BIORUS также предлагает специализированные решения: твердофазные ферментеры, фотобиореакторы (для фотосинтезирующих организмов) и ферментеры с контролем метанола в реальном времени (для индуцируемых систем экспрессии).

После выращивания бактериальную массу инактивируют прямо в ферментере (например, изменением pH, температуры или добавлением формалина) и направляют на очистку.

Производство вирусных вакцин

Этот процесс технологически сложнее. В зависимости от субстрата для размножения вируса используют несколько основных подходов.

А. Культивирование в роллерных установках

Это классический метод для выращивания адгезивных (зависимых от поверхности) клеток, например, для производства вакцин против полиомиелита, бешенства или некоторых других. Роллерные установки и инкубаторы-роллеры BIORUS представляют собой стеллажи с вращающимися роликами, на которые помещаются бутыли (обычно от 0.5 до 3 л, в производстве — до 20 л и более). Вращение бутылей обеспечивает периодическое омывание клеточного монослоя питательной средой и доступ кислорода.

• Принцип работы: Клетки прикрепляются к внутренней стенке бутыли, которая медленно вращается. Клетки попеременно находятся то в жидкой фазе (среде), то в газовой фазе (воздух или специальная газовая смесь), что обеспечивает эффективный газообмен и питание.
• Оборудование BIORUS: Компания предлагает роллерные установки различной вместимости — от 6 до 90 культуральных бутылей, в мобильном или стационарном исполнении. Ключевые особенности:
  • Корпус из нержавеющей стали, устойчивый к коррозии и дезинфекции.
  • Инкубаторы-роллеры со встроенной системой вращения, обеспечивающие точный контроль температуры (диапазон +5…+60°C, точность ±0.5°C) и, в моделях с CO2-опцией, концентрации углекислого газа (0–20%) и влажности.
  • Универсальность: роликовая система совместима с бутылями различных марок (Bellco, Wheaton, Duran, Kimble и др.) и объемов.
  • Точная регулировка скорости вращения (6–120 об/час) с поддержкой точности 0.1 об/час и возможность реверсирования направления.

Б. Производство на клеточных культурах в биореакторах (наиболее масштабируемый метод)

Для промышленных объемов используются биореакторы для культуры клеток BIORUS :

• Эти аппараты спроектированы для выращивания чувствительных клеток, которые могут повреждаться при интенсивном механическом перемешивании. Поэтому используются лопастные мешалки «морского типа» (с пониженным сдвиговым усилием) или волновые биореакторы с одноразовыми мешками (SUS).
• Одноразовые технологии (Single-Use Systems) становятся стандартом в современном производстве. BIORUS предлагает такие решения для upstream-процесса, обеспечивая полную трассируемость и соответствие GMP.
• Специализированные биореакторы:
  • Биореакторы на микроносителях — используются для выращивания адгезивных клеток в больших объемах (альтернатива роллерам).
  • Биореакторы с взвешенной твердой фазой — подходят для клеток, иммобилизованных на носителях, или для культур, чувствительных к сдвиговому стрессу.

Процесс выращивания клеток в биореакторе занимает несколько недель. После достижения нужной плотности клетки заражают посевным материалом вируса и дают ему возможность размножиться. Так получают действующее вещество вирусной вакцины.

В. Традиционный метод на куриных эмбрионах

Этот метод до сих пор широко используется для производства вакцин против гриппа, кори, паротита и некоторых других инфекций. BIORUS предлагает полностью автоматизированные линии «под ключ» для производства вакцин на эмбрионах , включающие:

1. Инокуляция (заражение): Автоматический инокулятор (производительность до 18 000 яиц/час) стерилизует поверхность скорлупы, делает прокол и с высокой точностью вводит вирусную суспензию.
2. Инкубация: Зараженные яйца помещают в промышленные инкубаторы.
3. Харвестинг (сбор вирусной жидкости): Автоматический харвестер (до 30 000 яиц/час) декапитирует яйцо, проводит инспекцию эмбриона и стерильно аспирирует вирусосодержащую жидкость.
4. Вспомогательное оборудование: Линии оснащаются загрузчиками/разгрузчиками лотков , декапперами , системами утилизации, обеспечивая работу в соответствии с GMP.

4. Downstream-процесс: очистка и концентрирование

После получения действующего вещества проводится его глубокая очистка. Ключевую роль здесь играет оборудование BIORUS для сепарации и фильтрации.

Стадия 1. Осветление и первичное разделение

На этой стадии удаляют крупные частицы (клетки, их фрагменты) с помощью проточных центрифуг и сепараторов BIORUS . Оборудование предназначено для непрерывного разделения жидкостей и осаждения твердых фракций под действием высоких центробежных сил (до 15 000g и выше). Используется для:

• Отделения бактериальной биомассы.
• Осветления вирусных суспензий после лизиса клеток.
• Концентрирования вирусов и бактерий.
• Преимущества: высокая скорость, эффективность, возможность стерилизации на месте (SIP) и мобильность.

Стадия 2. Тангенциальная фильтрация (TFF) — ключевой этап очистки

В отличие от обычной (тупиковой) фильтрации, при тангенциальной фильтрации поток жидкости движется параллельно мембране, что предотвращает забивание пор.

Системы тангенциальной фильтрации BIORUS решают три главные задачи: концентрирование, диафильтрация (замена буфера) и фракционирование. Компания предлагает полный спектр TFF-систем:

• Полуавтоматическая настольная система ультрафильтрации
• Автоматическая лабораторная система BIORUS TFF Smart
• Автоматическая лабораторная система BIORUS TFF Smart+
• Система BIORUS TFF Pilot (пилотная)
• Промышленная система AUFS DN50C WV2000 TFF

Для финальной очистки используются системы тупиковой фильтрации (NFF) BIORUS :

• Система глубинной фильтрации DN25 для предварительной очистки.
• Система противовирусной фильтрации для удаления потенциальных вирусов.
• Капсульные фильтры Cobetter Filtration и Картриджные фильтры Cobetter Filtration для стерилизующей фильтрации.

5. Контроль качества и вспомогательное оборудование

На всех этапах производства необходим непрерывный контроль параметров. Для этого BIORUS предлагает:

• Анализатор культуральной жидкости BIORUS online — для in-situ мониторинга глюкозы, лактата и других метаболитов без отбора проб.
• Автоматический счетчик клеток BIORUS-Cell — для быстрого определения концентрации и жизнеспособности клеток.

Заключение

Производство современных вакцин — сложный высокотехнологичный процесс. Компания BIORUS предлагает комплексные решения «под ключ» — от лабораторных ферментеров и роллеров до промышленных систем фильтрации и автоматизированных линий на эмбрионах. Это позволяет предприятиям выпускать широкий спектр вакцин, обеспечивая их качество и безопасность в полном соответствии со стандартами GMP.