高浓度抗体冻干工艺开发（三）

康瑜 2022-11-10

含有高浓度蛋白质的冻干产品具有较长且可变的重建时间。从药品管理的角度来看，重建时间过长是不可取的，克服重建时间过长的问题可以：改善病人用药体验和药效；市场上同类产品实现差异化；

上两篇文章主要写了高浓度抗体制剂，冻干的主要特征和挑战：

Tc和Tg'之间的温度空间比较大；
高浓度抗体冻干制剂复溶时间长：

部分结晶处方和无定形处方复溶时间的不同；
各种变量对部分结晶处方复溶时间的影响；

本篇文章将会着重讨论无定形处方高浓度抗体复溶时间的影响因素；

同样会考察以下因素，但又不止考察这些因素：

研究数据

蛋白浓度

图一A：相同处方，不同蛋白浓度（40到210mg/ml) 复溶时间

相同处方，蛋白浓度越高复溶时间越长；

图一B：外观 相同处方，不同蛋白浓度（40到210mg/ml)

相同处方，随着蛋白浓度提高，开裂程度也更加严重；

同一蛋白不同处方

图二：相同蛋白不同处方（蛋白浓度从40到160mg/ml）复溶时间

同一蛋白，不同处方在低浓度范围内复溶时间类似；
同一蛋白，不同处方，在大于70mg/ml浓度时，复溶时间会有较大差异；
但总体来说，同一蛋白，不同处方，复溶时间随着蛋白浓度的增加而增加。

不同蛋白类型

图三：蛋白类型对复溶时间的影响

F1到F10，不同颜色代表不同类型蛋白

同一蛋白，浓度越高复溶时间越长
不同蛋白相同蛋白浓度情况下，复溶时间也有很大区别；
蛋白质浓度并不是影响复溶时间的唯一因素；

不同蛋白，复溶行为见下图四：

图四： 同一浓度，不同蛋白的复溶行为

箭头指出的为未溶解部分

无定形处方，不同蛋白类型，复溶行为有着很大的不同；

具体表现，可至少分为三类：

F3、F6代表的第一类行为：溶剂迅速渗透蛋糕并伴随泡沫产生。部分蛋糕分解成较小的蛋糕块，这些小块被困在泡沫中。在于溶剂直接接触的表面可以看到半透明的粘性层，不透明的部分是还没有和溶剂接触的干燥蛋糕；
F4代表了第二类行为：溶剂缓慢渗透到蛋糕中，不会产生泡沫而是产生较大的气泡。和第一类行为类似，未完成复溶的蛋糕包裹在气泡中，缓慢的浸湿和复溶；
F5、F7所代表的第三类行为：溶剂无法渗入部分蛋糕中，这部分蛋糕漂浮在溶剂中，这个过程中并没有形成泡沫或者气泡。溶剂只能通过滤饼外的半透明粘性层逐渐渗入（图四F5七分钟时）。这种类型的复溶常常即使经过很长时间，溶剂也无法渗入蛋糕。

*第三类行为，溶剂无法快速渗透进入滤饼，因此复溶时间最长。如图四，F5、F7所需要的复溶时间将近其他蛋白的两倍。

处方中蛋白和糖的比例

图五： 蛋白和糖的比例对复溶时间的影响

F1到F10，不同颜色代表不同类型蛋白

对于同一种蛋白类型，蛋白和糖的配比数值越大，复溶时间越长；
不同蛋白，蛋白和糖的配比相同复溶时间也不同；

粉饼强度

图六： 粉饼强度和复溶时间的关系

F1到F10，不同颜色代表不同类型蛋白

对无定形处方高浓度抗体，蛋糕强度和复溶时间无明显关联；

蛋糕孔径

图七： 蛋糕孔径和复溶时间的关系

F1到F10，不同颜色代表不同类型蛋白

蛋糕孔径小于12um的百分比，和复溶时间无明显相关性；

粘度

图八：冻干前后溶液粘度的变化

对同一种特定的蛋白

冻干后复溶溶液粘度为，20℃下复溶，静置3小时候测量

同一种特定蛋白，蛋白浓度越高，溶液粘度越高；

图九：粘度是浓度和特定蛋白质的函数

不同蛋白，不同浓度，溶液粘度的变化

溶液粘度和蛋白浓度有关，和特定蛋白质性质也有关系；

对于高浓度抗体产品来说，完全按照冻干前溶剂体积复溶或者减少复溶溶剂（得到更高蛋白浓度的复溶溶液）也大大影响复溶后溶液的粘度；

图十：F3、F4蛋白，不同蛋白浓度

全溶剂复溶、1/3溶剂复溶、2/3溶剂复溶对应的溶液粘度

图十一：F5到F10蛋白，不同蛋白浓度

全溶剂复溶、1/3溶剂复溶、2/3溶剂复溶对应的溶液粘度

图十二：不同溶剂量复溶对应的粘度变化

F1到F10，不同颜色代表不同类型蛋白

1/3溶剂复溶，对于溶液的粘度影响非常大；

图十三：粉饼表面的高粘度，是复溶的主要障碍；

对于无定形辅料处方，粘度非常大程度影响复溶时间，粘度越高，侵蚀速率越低复溶时间越长；
对于部分结晶处方，结晶性可以显著改善润湿性使得溶剂更快渗入，同时导致滤饼分解成很多小的碎片。因此复溶时间受粘度影响较小；

综上所述：

影响复溶时间的关键变量以及改善方法：

蛋白浓度，浓度越高则复溶时间越长；
处方中蛋白质与糖的比例（对于给定蛋白质），比例越高则复溶时间越长；
处方中是否包含可结晶赋形剂，包含可结晶辅料且调节冻干工艺促进可结晶辅料的结晶，可促进缩短复溶时间，可结晶辅料（如甘露醇、甘氨酸、氯化钠等）；
调整冻干工艺，促进生成大冰晶（如退火、介入成核）；
蛋白质的特异性，相同处方和浓度，蛋白类型不同所对应的复溶时间也会不同；
在配方中加入降低粘度的赋形剂（例如，精氨酸和氯化钠）；

*粘度为浓度和特定蛋白质的函数，粘度越高则复溶时间越长；

除了以上以外，其他一些可以缩短复溶时间的方法：

加温稀释液：加温稀释剂可降低未溶解滤饼周围水合层的粘度从而促进水通过该层扩散到干燥、未水合的滤饼芯中，从而加快复溶。据报道，随着温度的升高，重构时间略有减少；
采用可确保更好混合的复溶方法：复溶过程中的混合或搅拌（通过连续旋转小瓶或手动摇动小瓶或使用机械辅助装置）可显著加快复溶，而不会影响蛋白质稳定性。复溶过程中的搅拌有助于从滤饼表面去除溶解的溶质，从而减少溶剂进入干燥蛋糕的路径长度从而加速复溶；

图十四：不同复溶方法对应的复溶时间

减压 复溶： 较低的顶空压力，可以加速液体进入蛋糕从而加快复溶速率；
减少复溶溶剂体积（即“部分重构”方法）：对总溶质浓度较低的溶液进行冻干，然后用小于初始溶剂的量进行复溶从而得到高浓度的复溶溶液；其溶解速度快于在高浓度溶液条件下冻干的处方。由于总固体含量较低而形成的多孔滤饼结构可能有助于液体渗透和滤饼崩解，从而显著缩短重构时间。

END

撰稿人 | 康瑜

责任编辑 | 胡静

审核人 | 何发

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