關(guān)于如何優(yōu)化生物制藥凍干制劑的處方

年來中國生物醫(yī)藥行業(yè)市場規(guī)模保持較快增長。2016-2022年，我國生物醫(yī)藥行業(yè)的市場規(guī)模呈波動增長趨勢，2020年由于疫情影響，生物醫(yī)藥行業(yè)規(guī)模有所下降。2022年，我國生物醫(yī)藥行業(yè)的市場規(guī)模約為18680億元，較2021年同比增長8.30%。凍干是制造穩(wěn)定的生物制藥產(chǎn)品的方法，目前50%的生物藥采用凍干制劑從而保證其使用穩(wěn)定性。由于生物藥的復(fù)雜性和敏感性，通常加入藥物特異性輔料來優(yōu)化凍干過程，以使其生物活性成分穩(wěn)定。例如，皮下注射治療性蛋白藥物由于粘度高導(dǎo)致可注射性降低和復(fù)溶時間增長，需要加入降粘劑，以降低溶液粘度。

生物制劑處方穩(wěn)定性

溶液中的蛋白質(zhì)通常不穩(wěn)定，凍干是實現(xiàn)穩(wěn)定生物制藥配方的主要方法，但受凍干條件影響，蛋白質(zhì)分子可能會不穩(wěn)定?；瘜W(xué)不穩(wěn)定性會導(dǎo)致肽共價鍵的形成或破壞，從而產(chǎn)生新的化學(xué)體。常見的過程包括氧化、脫酰胺和異構(gòu)化。脫酰胺容易發(fā)生在中性和堿性pH值下，堿性條件下的脫酰胺比例是酸性條件下的三倍。

異構(gòu)化通常發(fā)生在中性或酸性條件下，可能導(dǎo)致蛋白分子的親和力降低。物理不穩(wěn)定會導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性和聚集，影響物理穩(wěn)定性的因素包括 pH 值、溫度、離子強度、凍融、蛋白質(zhì)濃度和機械應(yīng)力。糖、聚合物、表面活性劑、多元醇和氨基酸等輔料對于在凍干和儲存期間穩(wěn)定生物蛋白制劑至關(guān)重要，但由于腸外制劑的監(jiān)管要求，其選擇十分有限。

生物制藥藥物凍干過程

凍干是在冷凍后通過升華從生物制藥藥物中去除水分的過程，這種技術(shù)的時間和經(jīng)濟成本通常較高。凍干過程包括冷凍、初級和次級干燥步驟。

冷凍步驟旨在將大部分水變成冰，形成凍結(jié)濃縮溶液。冷凍期間的溫度必須設(shè)置在最大凍結(jié)濃度溶液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和結(jié)晶材料的共晶溫度以下。退火是冷凍后執(zhí)行的一步，可形成更大、更均勻的冰晶并使填充劑結(jié)晶，從而提高初級干燥的效率。冷凍過程中蛋白質(zhì)分子所在的體系特性會發(fā)生變化，影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性。冷卻速度會影響冰晶的大小和形態(tài)，進而影響凍干的干燥階段。蛋白質(zhì)濃度、類型和退火步驟的加入也會影響產(chǎn)品復(fù)溶時間。

初級干燥通過升華去除冷凍的游離水，適當(dāng)選擇板層溫度和壓力值可以縮短該過程。初級干燥是凍干過程中最耗時和能量的階段，通常最佳壓力為0.1-0.2 mbar，板層溫度選擇基于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg'和塌陷溫度Tc。通常將產(chǎn)品溫度保持在Tg'以下2-3°C以保持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性，但是適當(dāng)?shù)奶幏絻?yōu)化甚至允許產(chǎn)品在Tg'或Tc以上進行干燥。當(dāng)產(chǎn)品溫度Tp等于板層溫度時，初級干燥即完成。通常Tg'和Tc可以分別通過差示掃描量熱法和凍干顯微鏡來確定。

二次干燥通過解吸去除未冷凍的結(jié)合水，以避免儲存期間出現(xiàn)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性問題。為了避免樣品崩潰，應(yīng)逐漸提高板層溫度，一般不超過50°C，時間通常不超過6h。干燥結(jié)束后，產(chǎn)品中的殘留水分為應(yīng)符合要求。根據(jù)QbD原則，過程分析技術(shù)的主要目的是提高過程效率并保證產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量屬性。壓力溫度測量是一種壓力上升測試，當(dāng)干燥室中的蒸汽壓力不再上升時，初級干燥完成。此外，通過使用近紅外和拉曼探頭，可以監(jiān)測凍干配方的中間參數(shù)，例如過程誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)變、結(jié)晶、固態(tài)化、多晶型轉(zhuǎn)化和殘余水分含量。過程分析技術(shù)工具以及相應(yīng)的屬性如下表。

凍干制劑輔料

選擇合適輔料能有助于產(chǎn)品在凍干過程中獲得理想的質(zhì)量屬性和穩(wěn)定性，并降低生產(chǎn)的時間和經(jīng)濟成本，提高產(chǎn)量。

1. 穩(wěn)定劑

凍干過程中蛋白質(zhì)的穩(wěn)定基于兩種主要機制：玻璃化和水置換理論。玻璃化定義了蛋白質(zhì)分子在由無定形穩(wěn)定劑形成的基質(zhì)中的固定化，從而降低蛋白質(zhì)分子之間的相互作用，從而防止其結(jié)構(gòu)的變化。水置換機制是基于穩(wěn)定劑糖的羥基和蛋白質(zhì)的極性基團之間氫鍵的形成，在干燥過程中取代了水和蛋白質(zhì)之間的氫鍵，從而允許保留蛋白質(zhì)分子的天然形式。

2. 填充劑

填充劑能為凍干餅提供適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，有助于凍干餅塊的適當(dāng)形態(tài)，形成孔結(jié)構(gòu)，孔隙率是冷凍水升華的先決條件，較大的孔隙可以更快地升華，因此可以減少初級干燥時間。添加填充劑可實現(xiàn)更短的初級干燥（產(chǎn)品溫度Tp?Tg'或Tc）時間，可作為優(yōu)化生物制藥凍干過程的方法。

3. 緩沖劑

緩沖劑的作用是將溶液的pH值維持在保持蛋白質(zhì)具有較好穩(wěn)定性的條件?？筛鶕?jù)蛋白質(zhì)的等電點選擇溶液的pH，為了防止使用后的刺激，疼痛和副作用，pH需要在人體生理可接受范圍內(nèi)。結(jié)合目前已上市的生物制劑以及相關(guān)研究，生物蛋白質(zhì)藥物大多緩沖區(qū)間在pH4.6-8.2范圍內(nèi)。蛋白質(zhì)分子在凍干、復(fù)溶和儲存過程中暴露于不同的降解條件，因此選擇合適的緩沖液至關(guān)重要。

4. 表面活性劑

表面活性劑在蛋白質(zhì)制劑中的作用是通過表面活性劑吸附到蛋白質(zhì)表面的疏水區(qū)域或冰/空氣和水之間的界面來防止蛋白質(zhì)表面聚集。表面活性劑增加了蛋白質(zhì)展開所需的自由能，并降低了凍干和復(fù)溶過程中形成界面的表面張力。在復(fù)溶過程中，有助于凍干餅塊的復(fù)溶。

富睿捷原位凍干機Mercury系列0.1㎡、0.3㎡機型，不僅可以做凍干處理，還能真正實現(xiàn)整個凍干過程可控，使得樣品凍干效率更高，能耗更低，凍干的品質(zhì)更佳，樣品結(jié)果均一性高，凍干工藝的重復(fù)性好。另外，還可以實現(xiàn)凍干工藝的摸索，優(yōu)化，放大工藝，共晶點測試等。制冷系統(tǒng)采用自主研發(fā)混合制冷技術(shù)，可實現(xiàn)溫度更低，穩(wěn)定性更好。不銹鋼冷阱的冷凝溫度低達-80°C左右，凍干倉真空度可達 0.2Pa。

原位凍干機優(yōu)勢：

■內(nèi)置直立式不銹鋼冷阱盤管，能夠更捕獲樣品凍干過程中升華的水汽，使得凍干倉里的水汽更少，避免水汽在凍干倉內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)，讓倉體內(nèi)的水汽液化成液滴附著在樣品，整個過程是放熱反應(yīng)，如若處理不當(dāng)會造成有些樣品融化、變質(zhì)或坍塌等；

■標配高精度皮拉尼真空計，保證真空度的準確性，能夠更好的完成凍干實驗，最終實現(xiàn)品質(zhì)、效率，能耗的平衡；

智慧化凍干終點判定系統(tǒng)，可以預(yù)判凍干完成時間點?？杀苊馔ㄟ^采樣檢測，外掛檢測等方式判斷凍干是否完成，讓整個實驗過程省時，省心，省力。

■預(yù)凍溫度可達-76℃，可充分保證樣品凍結(jié)狀態(tài)，做好樣品的預(yù)凍處理，也保證了諸如一些低共晶點樣品不會因為溫度不夠而融化或預(yù)凍不結(jié)實等問題。

■隔板溫度范圍-55℃到55℃；更大的溫度調(diào)控范圍，為凍干曲線摸索和優(yōu)化，工藝放大提供便利條件，提供更大范圍的凍干過程的隔板溫度調(diào)控，實現(xiàn)凍干效率，包括探尋最佳的凍干曲線等。

■隔板的溫差為±1℃，能夠保證均一性，合格率更高。