Mit Raman-Spektroskopie

Schnelle Analyse von Impfstoffen möglich

Impfstoffe sind komplexe biomedizinische Arzneimittel, die sich aus einer Reihe unterschiedlicher Moleküle zusammensetzen. Schnelle, kostengünstige und dennoch zuverlässige Analyseverfahren sind notwendig und können zum Kampf gegen Arzneimittelfälschungen beitragen.

Principle of vaccine Raman spectral data management.

Principle of vaccine Raman spectral data management.* | Silge A, et al. NPJ Vaccines 3, Article number: 50 (2018), http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Im Herstellungsprozess und vor der Marktzulassung sind umfangreiche Untersuchungen erforderlich, mit denen die Identität, Qualität, Wirksamkeit und Sicherheit der Produkte überprüft werden. Schnelle, kostengünstige und dennoch zuverlässige Analyseverfahren sind notwendig und können zum Kampf gegen Arzneimittelfälschungen beitragen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben mit Wissenschaftlern aus Jena gezeigt, dass die Raman-Spektroskopie hierfür ein geeignetes Werkzeug ist.

Impfstoffe werden überprüft

Die Herstellung von Impfstoffen ist zeitaufwendig und erfordert qualitativ hochwertige Qualitätskontrollen, um Qualität, Sicherheit und Wirksamkeit zu garantieren. Schon Impfstoffe gegen nur einen Erreger setzen sich aus verschiedenen Bestandteilen bzw. Substanzen zusammen, noch zahlreicher sind die Bestandteile bei Kombinations¬impfstoffen.

Die Mischung ist charakteristisch für jedes Impfstoffprodukt. Sowohl während der Herstellung, als auch vor der Markt¬zulassung im Rahmen der gesetzlich vorgeschriebenen Chargenprüfung durch das Paul-Ehrlich-Institut (PEI) werden die Impfstoffe auf ihre Komponenten bzw. Qualität, Wirksamkeit und Sicherheit überprüft.

Darstellung eines Lymphfollikels

Wissenschaftler der Charité – Universitätsmedizin Berlin haben eine neue Funktionsweise von Lebendimpfstoffen entdeckt. Moleküle, die nur von lebenden Erregern gebildet werden, werden vom Immunsystem erkannt und lösen daraufhin eine schützende Immunantwort aus.

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Raman-Spektroskopie untersucht

PEI-Forscher um Prof. Dr. Isabelle Bekeredjian-Ding, Leiterin der Abteilung Mikrobiologie untersuchten in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Friedrich-Schiller-Universität Jena und dem dortigen Leibniz-Institut für Photonische Technologien um Prof. Dr. Jürgen Popp, inwieweit sich die Raman-Spektroskopie für die Identifikation und Unterscheidung von Impfstoffen nutzen lässt.

Bei der Raman-Spektroskopie werden Moleküle oder Festkörper mit Laserlicht bestrahlt. Über die inelastische Streuung des Lichts und die damit einhergehenden Frequenzunterschiede zum eingestrahlten Licht lassen sich Rückschlüsse auf die untersuchte Substanz ziehen. Man spricht auch von einem sogenannten molekularen Fingerabdruck, der die schnelle und einfache Identifizierung von jeglichen Molekülen erlaubt. Die Methode wird beispielsweise zur Untersuchung der Materialeigenschaften von Halbleitern oder für die Infektionsdiagnostik genutzt. Das Verfahren wird zudem in der Qualitätskontrolle von chemischen Arzneimitteln (Tablettenform) und in der Arzneimittelherstellung (Fermenter) eingesetzt und für die Identifikation gefälschter Arzneimittel verwendet.

Gute Ausgangsbasis für Testsysteme

Die Forscher erstellten aus luftgetrockneten Proben von Kombinationsimpfstoffen, die Antigene von Tetanus, Diphtherie und Pertussis (DTaP-Impfstoffe) enthielten, Raman-Maps, um die spezifischen Raman-Signaturen zu analysieren. Tatsächlich ließen sich über diese spezifischen Signaturen die Impfstoffe identifizieren und unterscheiden. Die Untersuchungen bestätigen, dass sich mit der Raman-Spektroskopie als Analyse¬methode herstellerspezifische Impfstoffzubereitungen analysieren und klassifizieren lassen. Die Ergebnisse bieten eine gute Ausgangsbasis für die Entwicklung eines einfachen und zuverlässigen Testsystems für die Impfstoff-Identifikation und die Qualitätsprüfung. (PEI, red)

* Left: Arrangement and output of Raman measurements of an air-dried vaccine droplet is visualized. The microscopic image in the 3D data cube shows the air-dried vaccine sample dTaP-IPV1. The overlaid grid visualizes the arranged sample raster of the Raman spectroscopic mapping approach. The hyperspectral data cube is reoriented into a 2D data matrix. To obtain the Raman spectral signature of a distinct vaccine product, the data matrices of the respective replicates were averaged. Right: The processing for the statistical modelling is sketched. The 2D data table of each replicate was reduced from the 100 original spectra to 10 representative spectra. Ten randomly chosen raster points were successive picked without replacement and averaged. The matrices of all vaccine replicates were applied for statistical modelling and cross-validation. The prediction result for one replicate was assembled by the prediction result of its ten spectra. If the prediction result was not uniform for all spectra of one replicate, the prediction output was based on majority rule voting to identify the vaccine product specification

 

Literatur:

Silge A, Bocklitz T, Becker B, Matheis W, Popp J, Bekeredjian-Ding I (2018). Raman spectroscopy-1 based identification of toxoid vaccine products. NPJ Vaccines 3, Article number: 50 (2018) doi.org/10.1038/s41541-018-0088-y.