Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 94-104.

Quality control of vaccines is crucial to ensure their quality, safety and efficacy. In this study, advanced analytical trends were used for testing various vaccines. Determination of Varicella vaccine’s potency; containing live attenuated strain (Oka) of Varicella Zoster virus, has been limited to in vitro cell culture methods. A label free potentiometric biosensor has been developed for the first time and optimized to determine the content of Varicella Zoster virus. A passive ion-flux sensing platform has been fabricated using an anti-varicella monoclonal antibody and tetrabutyl ammonium bromide as a marker ion. The immunosensor has been optimized with respect to membrane diameter and concentration of the immobilized antibody. Linearity was achieved over a concentration range of 2.5 – 3.2 log PFU/dose with a LOD of 1.9 log PFU/dose. Potentiometric results were compared to the plaque-forming assay using the cell culture technique. The developed immunosensor was superior with respect to analysis time and cost without affecting critical analytical performance characteristics. Stability results showed the ability of the developed immunosensor to differentiate between intact and degraded viral content. This would demonstrate the reliability of the immunosensor to evaluate the efficacy and stability of the vaccine.
The adenovirus-vectored vaccines developed by the University of Oxford (ChAdOx1 nCoV-19), and Janssen Biologics (Ad26.COV2-S) were from the frontrunners in the vaccination campaign to fight the COVID-19 pandemic. Both vaccines showed good stability when stored in refrigerator, however, the vaccine manufacturers prefer their transportation in frozen condition. Still, data regarding the stability of the vaccines after exposure to repeated freezing processes have not been explored yet. In the present study, different batches of each vaccine were exposed to 3 repeated freezing/thawing cycles. An orthogonal testing using various techniques was employed to assess any induced changes on the properties of the vaccines in comparison with control samples. Physicochemical properties including appearance, pH, and molecular size distribution by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) were evaluated. Anion-exchange chromatography (AEC) was used for determination of viable particles, and DNA to-protein ratio to study the biochemical attributes of the vaccines. In addition, an In-vivo immunological test was performed to compare the results obtained by the testing protocol to the vaccine efficiency in animals. Results revealed that the quality attributes of the vaccine were not affected by the applied freeze thaw cycles. Although the virus particles measured for thawed samples by AEC were below the specified limits of 0.7 – 1.3 x 1011 VP/mL, and 0.8 – 1.4 x 1011 VP/mL for ChAdOx1 nCoV-19 and Ad26.COV2-S, respectively, the values of DNA to protein ratio were not affected, and there was no reduction in the in-vivo potency of the tested samples. Statistical analysis of the results implied that the vaccine could withstand up to 3 successive freezing and thawing cycles during transportation without significant loss in its structural integrity and biological potency.

تعَدّ مراقبة الجودة في اللقاحات ركيزة أساسية لضمان مأمونيتها وفعاليتها وجودتها. وفي هذه الدراسة، تم توظيف تقنيات تحليلية متقدمة لفحص لقاحات مختلفة. إن تقييم الفعالية الحيوية للقاح الحماق، الذي يحتوي على السلالة الموهنة الحية (Oka) من فيروس Varicella Zoster، ظلّ تقليديًا مقتصرًا على طرائق زراعة الخلايا in vitro. وللمرة الأولى، تم ابتكار مستشعر حيوي جهدِي (potentiometric biosensor) خالٍ من الوسوم و تم تطويره وتحسينه بغرض تحديد محتوى فيروس Varicella Zoster.
وقد تم تصميم منصة استشعار تعتمد على التدفق الأيوني السلبي، باستخدام جسم مضاد وحيد النسيلة موجه ضد فيروس الحماق، إلى جانب بروميد رباعي بيوتيل الأمونيوم بوصفه أيونًا مرجعيًا. تم تحسين المستشعر المناعي من حيث قطر الغشاء وتركيز الجسم المضاد المثبّت. أظهرت النتائج علاقة خطيّة ضمن نطاق تركيز 2.5 – 3.2 log PFU/dose، مع حد كشف LOD مقداره 1.9 log PFU/dose. وعند مقارنته باختبار تكوين اللويحات المعتمد على زراعة الخلايا، تبيّن أن المستشعر المناعي المطوّر يتفوّق من حيث سرعة التحليل وانخفاض كلفته، دون المساس بالخصائص التحليلية الجوهرية لأداء اللقاح.
أظهرت نتائج الثبات أن المستشعر المناعي المطوّر يمتلك القدرة على التمييز بين المحتوى الفيروسي السليم والمتحلل، مما يؤكد موثوقيته في تقييم فعالية اللقاح و ثباته.
تُعَدّ اللقاحات المعتمدة على النواقل الغُدّانية، التي طُوّرت من قبل جامعة أكسفورد (ChAdOx1 nCoV-19) وشركة جانسن بيو لوجيكس (Ad26.COV2-S)، من أبرز اللقاحات الرائدة في الحملة العالمية للتطعيم ضد جائحة كوفيد-19. وقد أظهرت هذه اللقاحات ثباتًا مقبولًا عند تخزينها في ظروف التبريد، إلا أن الشركات المصنّعة توصي بنقلها في الحالة المجمّدة. ومع ذلك، ما زالت المعلومات المتعلقة باستقرار هذه اللقاحات بعد التعرّض لدورات متكررة من التجميد والذوبان محدودة.
في هذه الدراسة، تم إخضاع تشغيلات مختلفة من كلا اللقاحين لثلاث دورات متعاقبة من التجميد والذوبان. لتقييم أي تغيّرات قد تطرأ على خصائص اللقاحات، استُخدم نهج اختباري متعدد المحاور يوظّف عدة تقنيات تحليلية، وذلك بالمقارنة مع عينات ضابطة. شملت التقييمات الخصائص الفيزيائية-الكيميائية مثل الوصف الظاهري ودرجة الحموضة (pH) وتوزيع الحجم الجزيئي باستخدام الرحلان الكهربائي للهلام متعدد الأكريلاميد المحتوي على كبريتات دوديسيل الصوديوم (SDS-PAGE) .
كما استُخدمت تقنية كروماتوغرافيا التبادل الأيوني (AEC) لتحديد عدد الجسيمات الفيروسية الفعّالة ودراسة نسبة الحمض النووي إلى البروتين، بما يعكس السمات الكيميائية الحيوية للقاحات.
بالإضافة إلى ذلك، أُجريت اختبارات مناعية In-vivo بغرض مطابقة نتائج بروتوكول الفحص مع الكفاءة المناعية للقاحات في النماذج الحيوانية. أظهرت النتائج أن الخصائص النوعية للقاحات لم تتأثر بدورات التجميد والذوبان المطبّقة. بالرغم من أن عدد الجسيمات الفيروسية المقاس في العينات المذابة باستخدام AEC كان دون الحدود المحددة (0.7 – 1.3 × 10¹¹ VP/mL للقاح ChAdOx1 nCoV-19، و0.8 – 1.4 × 10¹¹ VP/mL للقاح Ad26.COV2-S)، فإن نسب الحمض النووي إلى البروتين لم تتأثر، ولم يُسجَّل أي تراجع في الفعالية الحيوية In-vivo للعَيّنات المختبرة.
وبالإضافة لما سبق أكّد التحليل الإحصائي للنتائج قدرة اللقاحات على تحمّل ما يصل إلى ثلاث دورات متتالية من التجميد والذوبان أثناء النقل دون فقدان ملحوظ في سلامة بنيتهم أو فعاليتهم البيولوجية.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.