Stabiliteitsproblemen en oplossingen van biologische medicijnen in het productieproces
De afgelopen jaren zijn biotechnologische geneesmiddelen, vooral monoklonale geneesmiddelen, geleidelijk het belangrijkste onderdeel geworden van het onderzoek naar en de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen. Biologische eiwitproducten hebben echter over het algemeen het probleem van een complexe en onstabiele structuur, vooral een verscheidenheid aan onstabiele factoren in het productieproces, wat resulteert in de afbraak en inactivatie van biologische stoffen. Het bereidingsproces van biologische geneesmiddelen is zeer complex, vaak via biosynthese (zoals microbiële fermentatie/celcultuur), voorraadzuivering en -raffinage (zoals chromatografische zuivering, virusverwijdering) en bereidingsproces (zoals bereidingsconfiguratie, aseptische filtratie, vullen, invriezen -drogen en lampinspectie) en andere productie-, opslag-, transport- en andere schakels. Daarom is het oplossen van deze instabiliteitsproblemen de sleutel tot de succesvolle toepassing van biologische geneesmiddelen in de klinische praktijk. In dit artikel zijn de manieren van afbraak bij de productie van biologische medicijnen samengevat en de bijbehorende oplossingen naar voren gebracht.
Naarmate de biologische technologie (zoals recombinant-DNA-technologie, lymfocytenhybridoomtechnologie, faagdisplaytechnologie) en de ontwikkeling van menselijke genomica, zijn biotechgeneesmiddelen (biologische geneeskunde, biotherapeutica, biologische geneesmiddelen, biofarmaceutica), vooral monoklonale geneesmiddelen, geleidelijk het belangrijkste onderdeel van de geneeskunde geworden. van onderzoek en ontwikkeling van nieuwe medicijnen. De afgelopen jaren waren biologische geneesmiddelen goed voor 80% van de top 10 van best verkochte receptgeneesmiddelen ter wereld, en het aandeel van het gehele farmaceutische veld neemt ook jaar na jaar toe. Vergeleken met traditionele, op chemische synthese gebaseerde geneesmiddelen met kleine moleculen, worden biologische geneesmiddelen hoofdzakelijk bereid en geproduceerd met behulp van biotechnologische methoden, met name recombinant-DNA-technologie, die de kenmerken hebben van hoge activiteit, hoge specificiteit en lage toxiciteit, en veel medische problemen oplossen die traditionele kleine moleculen met zich meebrengen. Omdat medicijnen dit probleem niet kunnen oplossen, spelen ze een steeds belangrijkere rol bij het redden van levens en het verbeteren van de levenskwaliteit van patiënten.
De ontwikkeling van biologische medicijnen kent echter ook veel technische uitdagingen. Ten eerste zijn biofarmaceutica biomacromoleculen (de relatieve molecuulmassa is gewoonlijk 5x103~2x105) met zeer complexe structuren en componenten. Naast de primaire structuur, dat wil zeggen de aminozuursequentie, hebben biologische geneesmiddelen doorgaans complexe structuren op hoog niveau (zoals secundaire, tertiaire of zelfs quaternaire structuren), die de basis vormen van hun biologische activiteit.
Tegelijkertijd zijn gewone biologische medicijnen, als gevolg van factoren als post-translationele modificatie, enzymatische hydrolyse en chemische afbraak, uiterst complexe mengsels die miljoenen of meer moleculen bevatten. Ten tweede zijn biologische medicijnen onstabiel en vatbaar voor chemische en fysische afbraak. Chemische afbraak omvat het verbreken en vormen van covalente bindingen, terwijl fysieke afbraak uniek is voor biologische medicijnen en geen veranderingen in covalente bindingen met zich meebrengt, maar vooral veranderingen in de structuur op hoog niveau van eiwitten, waaronder fysieke adsorptie (aan hydrofobe oppervlakken), denaturatie, depolymerisatie, aggregatie en precipitatie. Deze afbraak zal niet alleen de biologische activiteit beïnvloeden, maar kan ook veel veiligheidsproblemen veroorzaken. Ten tweede hebben bijna alle biologische geneesmiddelen, in tegenstelling tot geneesmiddelen met kleine moleculen, potentiële immunogeniciteit, dat wil zeggen het vermogen om het lichaam te stimuleren om specifieke antilichamen te vormen of lymfocyten te sensibiliseren.
Naast de structuur van biologische medicijnen zelf, hangt immunogeniciteit ook nauw samen met de stabiliteit van biologische medicijnen, vooral polymeren en eiwitdeeltjes, die het lichaam gemakkelijk kunnen stimuleren om overeenkomstige antilichamen tegen heldere medicijnen te vormen, wat de werkzaamheid van medicijnen beïnvloedt, en zelfs als gevolg van kruisreactiviteit kunnen endogene eiwitten in het menselijk lichaam worden geneutraliseerd. De antilichamen die worden geproduceerd bij behandeling met humaan erytropoëtine (EprexR) neutraliseren bijvoorbeeld niet alleen eiwitgeneesmiddelen, maar binden ook menselijke endogene eiwitten om deze te inactiveren, wat resulteert in zuivere regeneratiestoornissen van de rode bloedcellen bij patiënten. De immuunrespons kan ook overgevoeligheidsreacties veroorzaken, die in ernstige gevallen zelfs het leven van de patiënt in gevaar kunnen brengen.
Sommige subtiele veranderingen (zoals de conformatie) die optreden tijdens de productie van biologische geneesmiddelen kunnen moeilijk waar te nemen zijn tijdens het productieproces of de kortetermijnopslag via bestaande analytische technologieën, maar kunnen de stabiliteit van het langetermijnopslagproces beïnvloeden, waardoor er problemen kunnen optreden. een grotere impact op de uiteindelijke kwaliteit van het product. Ook de kwaliteit van productiefaciliteiten, grondstoffen en verpakkingsmaterialen, maar ook de opleiding en werking van medewerkers zullen een grote impact hebben op de productkwaliteit. In dit artikel worden de veel voorkomende problemen die de stabiliteit van biologische medicijnen in het productieproces beïnvloeden samengevat en worden de bijbehorende oplossingen aangedragen.
01 Bereidingsproces voor biologische medicijnen
Het bereidingsproces van biologische medicijnen is erg ingewikkeld. Van biosynthese tot uiteindelijke verpakking tot klinische preparaten, het is meestal noodzakelijk om verschillende productie-, opslag- en transportstappen te doorlopen, waaronder biosynthese (zoals microbiële fermentatie/celcultuur), voorraadzuivering, raffinage (zoals chromatografische zuivering, virusverwijdering) en voorbereiding. proces (zoals bereidingsconfiguratie, aseptische filtratie, vullen, vriesdrogen en lampinspectie). Als we de meest populaire biologische antilichaamgeneesmiddelen als voorbeeld nemen, omvat een typische productieprocedure de volgende stappen: Eerst wordt de cellijn gesmolten en geleidelijk uitgebreid in een redelijke groeiomgeving om uiteindelijk aan de productiebehoeften te voldoen.
In the cell culture process, the environment of biologic medicines including cells, various proteolytic enzymes, nutrients and dissolved oxygen, etc., usually need to be maintained at a relatively high temperature (>30 graden) en neutrale pH-omstandigheden gedurende meer dan of gelijk aan 10 dagen tot er tot nu toe voldoende eiwitsynthese en uitscheiding naar het extracellulaire is. Na de synthese van het biologische medicijn wordt het onoplosbare celresidu verwijderd door centrifugatie of filtratie, en vervolgens wordt het supernatant dat het biologische medicijn bevat, gezuiverd door verschillende chromatografische kolommen, zoals affiniteitseiwit A-chromatografie (eiwit A-chromalografie), kationenuitwisselingschromatografie en anionenuitwisseling. chromatografie, en het virus wordt verwijderd en geïnactiveerd.
Na zuivering worden de biologische stoffen door ultrafiltratie of percolatie in de juiste buffer vervangen en opgeslagen in de medicijnsubstantie, of in de vorm van uiteindelijke bulk wanneer ze worden toegevoegd aan de uiteindelijke bereidingscomponenten. Het eindproduct wordt verkregen door verschillende binnenverpakkingsmaterialen af te vullen (containersluiting), of verder verwerkt tot gevriesdroogd poeder door middel van een vriesdroogbehandeling. Gedurende het hele productieproces ondergaan eiwitten een verscheidenheid aan destructieve factoren, zoals een lage pH, hoog zoutgehalte, vries-dooien, licht, trillingen, afschuiving en verschillende (hydrofobe) oppervlakken, die structurele veranderingen of afbraak van het eiwit kunnen veroorzaken. die de kwaliteit van het biologische medicijn beïnvloeden, en elke stap kan worden geoptimaliseerd om de daaruit voortvloeiende afbraak te voorkomen of te verminderen.
02 Afbraak en controle van biologische medicijnen tijdens microbiële fermentatie/celcultuur
Het microbiële fermentatie-/celcultuurproces kan de stabiliteit van eiwitmedicijnen beïnvloeden, maar er zijn weinig rapporten over de stabiliteit van biologische medicijnen in het microbiële fermentatie-/celcultuurproces, of deze kwestie heeft niet genoeg aandacht gekregen. De belangrijkste reden voor dit fenomeen kan zijn dat tijdens het proces van microbiële fermentatie van L-celkweek meer aandacht wordt besteed aan de juiste omstandigheden voor microbiële/celgroei en expressiehoeveelheid, en dat sommige afbraakproducten kunnen worden verwijderd door latere zuivering, of de Er wordt aangenomen dat eiwitverlies veroorzaakt door afbraak wordt veroorzaakt door onvoldoende eiwitexpressie.
In overeenstemming met het QbD-principe van de ontwikkeling van biologische medicijnen en de relevante richtlijnen zoals de FDA, kunnen productgerelateerde onzuiverheden het beste worden onderdrukt in de voorhoede van de productie, gevolgd door zuivering en andere processen om te verwijderen. Bij gebrek aan een effectieve verwijderingsmethode is het noodzakelijk om aan te tonen dat de onzuiverheid de veiligheid en werkzaamheid van het geneesmiddel niet significant beïnvloedt, maar dit zal veel aanvullend onderzoek met zich meebrengen en er bestaat een risico op enkele onzekerheden als gevolg van slecht gerichte onderzoeken. De voorkeursstrategie is dus om te overwegen deze afbraak aan de bron te remmen.
Er zijn veel factoren die eiwitafbraak veroorzaken tijdens microbiële fermentatie/celcultuur. De eerste zijn omgevingsfactoren, zoals hoge temperatuur, neutrale pH, opgeloste zuurstof, zoutionensterkte, enz. De temperatuur van de celcultuur is veel hoger dan de gebruikelijke opslagtemperatuur. temperatuur (zoals 2 tot 8 graden), en zoals bij de meeste chemische reacties geldt: hoe hoger de temperatuur, hoe sneller de afbraak van eiwitten. Bij neutrale pH zijn veel eiwitten, waaronder monoklonale antilichamen, gevoeliger voor aggregatie en deamidering. Lagere concentraties opgeloste zuurstof kunnen resulteren in onvolledige eiwitdisulfidebindingen.
Bovendien zullen de componenten van het medium, zoals metaalionen (zoals koperionen), aminozuren (zoals cysteïne), enz., ook de kwaliteit van biologische medicijnen beïnvloeden, vooral de vorming en uitwisseling van disulfidebindingen. Geoptimaliseerde celkweekomstandigheden kunnen de eiwitstabiliteit verbeteren, maar elk proces moet zowel effectief als uitvoerbaar zijn. Omdat de expressieomstandigheden van veel eiwitten in strijd kunnen zijn met de stabiliteit van eiwitten, kunnen veranderingen in de omstandigheden van microbiële fermentatie/celcultuur in het bijzonder de expressieniveaus van doeleiwitten, celgroei, procesgerelateerde onzuiverheden en glycosylatieniveaus beïnvloeden. Op dit moment is het noodzakelijk om uitgebreide overwegingen en optimalisaties uit te voeren.
03 Afbraak en controle van biochemische agentia tijdens zuivering en debacterialisatie/deviralisatie
3.1 Zuivering
The purification process is usually used to remove impurities and improve the purity of the medicine, but the conditions of some purification processes are relatively intense and the protein may be degraded. For example, protein A affinity chromatography used to purify monoclonal antibodies usually requires elution under acidic conditions (such as pH 3 to 4), however, some monoclonal antibodies are sensitive to acid, resulting in reduced or lost biologic activity. For example, the anti-CD52 monoclonal antibody alemtu-zumab (Campath) aggregated in >25% na zuivering door proteïne A-chromatografie. Voor deze zuurgevoelige eiwitten moet de elutietijd worden geminimaliseerd en moet de elutie tijdig na de elutie worden geneutraliseerd, of bij lagere temperaturen worden geëlueerd. Bovendien kan het gebruik van geoptimaliseerde buffersystemen (zoals de toevoeging van arginine) de vorming van aggregatie aanzienlijk remmen en de terugwinning van antilichamen verbeteren.
Bij ionenuitwisselingschromatografie is het vaak nodig om een hogere concentratie zouten te gebruiken (zoals natriumchloride en natriumacetaat) en om de pH van de oplossing aan te passen zodat deze geschikt is voor anion- of kationenuitwisselingschromatografie, terwijl ervoor wordt gezorgd dat deze omstandigheden niet het geval zijn. heeft geen invloed op de kwaliteit van het eiwit. Sommige monoklonale antilichamen zijn gevoeliger voor een hoog zoutgehalte en hebben de neiging eiwitaggregaten te vormen, zoals opalescentie en deeltjes. We ontdekten dat elutie met histidine als buffer in plaats van een hoog zoutgehalte dergelijke aggregatiereacties effectief kon remmen (gegevens niet gepubliceerd).
Bij hydrofobe uitwisselingschromatografie worden eiwitten gescheiden door de affiniteit tussen de hydrofobe groep en de mobiele fase, en worden ze gemakkelijk geadsorbeerd op het hydrofobe oppervlak om te denatureren. Het is echter veel milder dan omgekeerde fasechromatografie, waarbij eiwitten moeten worden geëlueerd met behulp van organische oplosmiddelen. De methode van het toevoegen van arginine aan de monsteroplossing of mobiele fase kan ook worden gebruikt om de terugwinning van eiwitten te verbeteren.
3.2 Sterilisatie/verwijdering van virussen
Omdat biologische geneesmiddelen via injectie moeten worden toegediend, is sterilisatie en virale klaring ook een noodzakelijk proces voor biofarmaceutica, dat voornamelijk fysieke verwijdering en chemische inactivatie omvat. Fysieke verwijdering is het langs fysieke weg scheiden van bacteriën of virussen van biologische medicijnen. De belangrijkste methoden zijn membraanfiltratie/nanofiltratie en chromatografie. Chemische inactivatie is de inactivatie van bacteriën of virussen door chemische methoden, waaronder voornamelijk het gebruik van oppervlakteactieve stoffen, verwarming, zuurbehandeling en UV/Y-stralingsbehandeling.
Sterilization by heat treatment means that the solution is heated to 60 ℃ for 10 h. When sterilizing by heat treatment, it is necessary to pay attention to whether the target protein can withstand the conditions. If the melting temperature (Tm) of human blood albumin is close to 60 ℃, it is generally necessary to add some protective agents, such as sodium caprylate and acetyltryptophan, to raise the Tm to >70 graden vóór sterilisatie met warmtebehandeling. Tegelijkertijd moet aandacht worden besteed aan de impact van sommige diverse eiwitten, vooral sporenhoeveelheden van diverse eiwitten met lage smelttemperaturen, en de deeltjes die worden gevormd na de afbraak van deze onzuiverheden zullen kiemplaatsen worden voor eiwitaggregatie, waardoor de aggregatie van eiwitten wordt versneld. doeleiwitten. Als de oplossing sucrose bevat, moet er ook rekening mee worden gehouden dat sucrose gevoelig is voor hydrolyse om glucose en fructose te vormen onder omstandigheden van hoge temperatuur, en dat deze twee gereduceerde suikers een Maillard-reactie zullen hebben met de vrije aminogroep van eiwitten, resulterend in de afbraak van biologische medicijnen.
Om te steriliseren door straling is het noodzakelijk om aandacht te besteden aan de chemische en fysische afbraak van eiwitten veroorzaakt door vrije radicalen, en het is meestal nodig om wat vrije radicalenvangers toe te voegen om eiwitten te beschermen.
3.3 Bevriezen-dooien
Bevriezen-dooien is een noodzakelijk proces bij de productie van biologische medicijnen, zoals het wachtproces in verschillende stappen van het productieproces, of het veranderen van locatie/overdracht, en is ook een gebruikelijke methode voor langdurige opslag van de voorraadoplossing . Bovendien kan onbedoeld bevriezen en ontdooien ook worden veroorzaakt wanneer het eindproduct wordt vervoerd of wanneer de patiënt het thuis gebruikt. Sommige eiwitten zijn erg gevoelig voor vries-dooi, vooral als er geen geschikte beschermende middelen zijn, die gemakkelijk eiwitinactivatie kunnen veroorzaken. Daarom is het vries-dooi-experiment ook een essentieel onderdeel van de screening op receptuurrecepten.
De mechanismen van de vernietiging van eiwitten door bevriezen en ontdooien zijn als volgt: Ten eerste is het ijswateroppervlak dat tijdens het invriezen wordt gevormd een belangrijke oorzaak van denaturatie van eiwitten, en eiwitten hebben de neiging om aan deze oppervlakken te worden geadsorbeerd voor denaturatie en aggregatie; Ten tweede, nadat een grote hoeveelheid water tijdens het bevriezingsproces in ijs is veranderd, zal de concentratie van de resterende opgeloste stof en het eiwit zelf scherp toenemen, en hoe hoger de eiwitconcentratie, hoe groter de kans op intermoleculaire botsing en hoe ernstiger de vorming. van aggregatie.
Volgens het reactiemechanisme van eiwitafbraak zijn er verschillende manieren om eiwitafbraak veroorzaakt door vries-dooi te remmen. Bijvoorbeeld de achtste in het ijswatermiddel (zoals polysorbaat 20, polysorbaat 80) om de afbraak te remmen die wordt veroorzaakt door het oppervlak van ijswater. De thermodynamische stabiliteit (het eiwit in zijn natuurlijke staat houden) wordt verhoogd door de pH en ionsterkte van de oplossing aan te passen en door hulpstoffen/beschermers toe te voegen.
Voor langdurige opslag van voorraad biologische medicijnen is het doorgaans nodig om het eiwit onder de glasovergangstemperatuur (T') van het maximaal ingevroren concentraat te houden om een zeer lage motiliteit (kinetische stabiliteit) te garanderen. Een eiwitoplossing die sucrose als beschermend middel bevat, moet bijvoorbeeld op een temperatuur van -40 graden of zelfs lager worden gehouden, omdat de T' ongeveer -30 graden is.
De snelheid van invriezen en ontdooien heeft ook invloed op de stabiliteit van biologische medicijnen. Als het invriezen te langzaam gaat, zal het eiwit in een hogere concentratie gedurende langere tijd gemakkelijker worden afgebroken. Integendeel, onder zeer snelle omstandigheden (zoals -80 graad ) kan er een grote hoeveelheid ijswateroppervlak worden gevormd, wat ook degradatie veroorzaakt door het oppervlak. De smeltsnelheid is ook erg belangrijk, waarbij langzaam smelten (bijvoorbeeld 4 graden) verdere schade veroorzaakt door herkristallisatie van het water dat op het oppervlak van het ijswater is gesmolten. Daarom wordt het in het productieproces over het algemeen aanbevolen om bevroren producten zoveel mogelijk sneller te smelten, bijvoorbeeld door stromend water te gebruiken om het smelten te versnellen.
Bovendien zullen tijdens het bevriezingsproces sommige opgeloste stoffen uitkristalliseren als gevolg van de vorming van ijs en de vermindering van de oplosbaarheid. De meest typische is natriumfosfaatbuffer, vergeleken met natriumdiwaterstoffosfaat is de oplosbaarheid van natriumdiwaterstoffosfaat zeer gevoelig voor temperatuur, bij lage temperaturen zal de eerste neerslag optreden, wat resulteert in een verlaging van de pH van de oplossing tot 3 tot 4 eenheden, op dit moment is het zuurgevoelige eiwit gevoelig voor afbraak. Sommige eiwitten met een structuur met meerdere subeenheden, zoals aponeocarzinostatine en stafylokokkennuclease, hebben denaturatie bij lage temperatuur als gevolg van de afname van de hydrofobe werking van het verbinden van subeenheden bij afnemende temperatuur.
3.4 Filtratie/ultrafiltratie
Er zijn drie hoofdtypen membraanfiltratie voor eiwitoplossingen, namelijk steriele filtratie, nanofiltratie en ultrafiltratie/percolatie. Bactericide filtratie wordt voornamelijk gebruikt om onoplosbare deeltjes en bacteriën te verwijderen, meestal gebruikt vóór het vullen van het eindproduct; Nanofiltratie wordt vooral gebruikt om virussen te verwijderen; Ultrafiltratie/percolatie wordt voornamelijk gebruikt om het gezuiverde monster in de buffer van het uiteindelijke preparaat te plaatsen en te concentreren, terwijl de directe toevoeging van sterke alkali of sterk zuur aan de eiwitoplossing om de pH van de oplossing aan te passen, en de toevoeging van andere stoffen wordt vermeden. vaste hulpstoffen kunnen lokale warmteafgifte veroorzaken en de stabiliteit van het eiwit beïnvloeden.
Membraanfiltratie zelf zal echter enige effecten hebben op eiwitten, en de interactie tussen eiwitten en filtratiemembranen kan de concentratie van eiwitten in de stockoplossing verminderen en de eiwitten denatureren, wat een grotere impact heeft op geneesmiddelen met een lage eiwitconcentratie. Over het algemeen kan de interactie tussen eiwit en filtermembraan, en tussen eiwit en eiwit, worden verminderd door oppervlakteactieve stoffen toe te voegen. Bovendien zullen sommige filters van slechte kwaliteit zelf enkele deeltjes afstoten en kiempunten worden voor eiwitaggregatie, waardoor de eiwitaggregatie wordt versneld. Het selecteren van een filtermembraan van hoge kwaliteit is van cruciaal belang.
Bij het ultrafiltratieproces moet ook rekening worden gehouden met het Donnan-effect. Het Donnan-effect betekent dat tijdens het membraanfiltratieproces het polymeer (zoals eiwitmacromoleculen) in het membraan wordt opgesloten en dat de elektrolyt met tegengestelde lading in de oplossing zich meer rond het polymeer verzamelt vanwege de wederzijdse aantrekking van lading, zodat de Het filtratiemembraan kan tijdens het ultrafiltratieproces niet volledig worden doordrongen, waardoor de concentratie toeneemt. Conventionele antilichamen zijn positief geladen in het ultrafiltraat, waardoor de anionische elektrolyt verrijkt wordt met het antilichaam en de concentratie toeneemt.
In het algemeen geldt dat hoe lager de initiële bufferconcentratie en hoe hoger de eiwitconcentratie na ultrafiltratie, hoe duidelijker het Daunan-effect is en hoe significanter de impact op de pH van de buffer. Als de buffer histidine bevat, zal de pH-waarde stijgen wanneer de ultrafiltratie het antilichaamgeneesmiddel concentreert, en zelfs de pH-waarde van het preparaat zal de kwaliteitscontrolenorm overschrijden en het product ongeschikt maken.
04 Afbraak en controle van biologische medicijnen tijdens de bereiding van eindproducten
4.1 Configuratie en mixen
In het productieproces worden, vanwege de grote omvang van de betrokken biologische geneesmiddelen, de bereidingsconfiguratie en menghandelingen erg belangrijk, zoals de lokale eiwit- of hulpstofconcentratie te hoog is, of de verandering van de pH van de oplossing en de ionsterkte kan leiden tot eiwitdenaturatie. of neerslag. Het type, de grootte, de mengsnelheid en de tijd van het mechanische roerwerk tijdens de productie kunnen de stabiliteit van het biologische medicijn beïnvloeden. De mengsnelheid is bijvoorbeeld te hoog, wat resulteert in een versnelde eiwitaggregatie. Daarom is het noodzakelijk om deze parameters zoveel mogelijk te optimaliseren onder het uitgangspunt van het bereiken van uniforme menging.
4.2 Vullen
Biologische geneesmiddelen zijn gevoelig voor denaturatie en aggregatie tijdens het vulproces, voornamelijk als gevolg van mechanische krachten zoals schuifkrachten die worden gegenereerd door het pompproces en afbraak veroorzaakt door bepaalde neerslagen. Er is gerapporteerd dat het roestvrij staal van de zuigerpomp enkele nanodeeltjes zal neerslaan en kiempunten zullen worden voor de aggregatie van antilichamen. De kleine belletjes die tijdens het vulproces worden gegenereerd, kunnen het eiwit op het gas-vloeistofoppervlak denatureren, en de kleine belletjes zullen bij breuk vrije radicalen en/of lokale warmteveranderingen veroorzaken, wat denature van het eiwit kan veroorzaken.
4.3 Vriesdrogen
Biologische geneesmiddelen hebben de neiging vloeibare formuleringen te gebruiken, omdat vloeibare formuleringen aanzienlijke voordelen hebben ten opzichte van gelyofiliseerde formuleringen vanuit het oogpunt van kosten, proceseenvoud en gemak voor de patiënt. Sommige eiwitten zijn echter zeer onstabiel in waterige oplossingen, en als er na optimalisatie van de bereiding niet voldoende stabiliteit is bereikt, moet het gebruik van gevriesdroogde preparaten worden overwogen. Het lyofilisatieproces zal vele destructieve factoren vormen, de eerste zijn de destructieve factoren in het invriesproces, die eerder in detail zijn beschreven.
Daarnaast kunnen eiwitten ook onder droge omstandigheden met afbraakfactoren te maken krijgen. Zo is de hydratatielaag op het oppervlak van eiwitten erg belangrijk voor de stabiliteit van eiwitten. Hageman stelde voor dat het oppervlak van eiwitten ongeveer 7% water bevat, wat erg belangrijk is voor het behoud van de structuur van eiwitten, en dat het watergehalte na lyofilisatie doorgaans tussen 1% en 2% ligt, dus er zijn andere stoffen nodig om de rol van water te vervangen. tijdens uitdroging. Daarom is het erg belangrijk om het juiste recept- en lyofilisatieproces te kiezen. Algemeen wordt aangenomen dat disacchariden zoals sucrose en trehalose een relatief effectieve rol kunnen spelen als donoren van waterstofbruggen, terwijl polymeerverbindingen niet effectief de rol van watervervangers kunnen spelen vanwege het sterische effect.
Bovendien kunnen sucrose en trehalose, onder de premisse van het beheersen van het gevriesdroogde watergehalte (zoals 1% tot 2%), een amorf poeder vormen met een hoge T, zodat het hele systeem in een vaste toestand kan worden gehouden en remmen de fysische en chemische afbraak tijdens langdurige opslag. Voor biologische geneesmiddelen op basis van polypeptiden (zoals glucagon) kunnen polymeersuikers zoals hydroxyethylzetmeel, die geen waterstofbrugrol kunnen spelen, echter ook een sterk beschermend effect hebben, zoals zeewiersuikers, omdat ze geen relatief vaste structuur op hoog niveau hebben. Onlangs is gerapporteerd dat het gebruik van aminozuren als een nieuw biologisch medicijn, vriesdroogbeschermingsmiddelen, vooral arginine, zeer effectief alleen of gemengd met sucrose kan worden gebruikt om de stabiliteit van eiwitten onder vries- en vriesdroogomstandigheden te beschermen.
05 Afbraak en controle van biologische medicijnen tijdens opslag, transport en gebruik
Tijdens het proces van opslag, transport en gebruik zullen eiwitten ook verschillende afbraakomstandigheden ervaren, zoals kortetermijntemperatuurveranderingen tijdens opslag en transport, transportoscillaties of lichte schade tijdens transport en gebruik, die een grotere impact kunnen hebben op de eiwitkwaliteit. . Voor biofarmaceutica en vaccins is transport in de koude keten een sleutelfactor bij het waarborgen van de productkwaliteit. De afgelopen jaren hebben zich in China verschillende vaccinveiligheidsincidenten voorgedaan, zoals de vaccinzaak Shanxi in 2010 en de illegale vaccinzaak Shandong in 2016. Deze gevallen hadden allemaal te maken met onjuiste opslag en transport van vaccins, en met de mogelijke risico’s voor de veiligheid van medicijnen veroorzaakt door ze hebben grote zorgen gewekt bij de hele samenleving. Daarom is het versterken van het beheer en de controle tijdens het opslag-, transport- en gebruiksproces een belangrijke schakel om de veilige toepassing van biologische geneesmiddelen te garanderen.
06 Conclusie
Biologische medicijnen zijn uiterst kwetsbare moleculen en de kwaliteit van hun producten hangt nauw samen met het productieproces. Tijdens het productieproces kunnen gemakkelijk verschillende chemische en fysische afbraakprocessen optreden, vooral de fysieke afbraak van macromoleculen uit biologische geneesmiddelen, die onder verschillende fysieke of mechanische omstandigheden kunnen plaatsvinden. De ervaring met geneesmiddelen met kleine moleculen kan dus niet rechtstreeks worden toegepast op biologische geneesmiddelen.
Extreme omstandigheden moeten worden vermeden in het productieproces, zoals het mengen van de biologische medicijnoplossing met een mixer met een te hoge roersnelheid, het direct gebruiken van sterke zuren of alkali om de pH van de oplossing aan te passen, of het direct toevoegen van vaste hulpstoffen aan de eiwitoplossing om oplossen. Hoewel het op de korte termijn mogelijk geen waarneembare effecten veroorzaakt, kan het de lokale normale fijne structuur van het biologische geneesmiddel hebben aangetast. Deze structurele veranderingen zullen worden versterkt tijdens langdurige opslag, waardoor uiteindelijk de kwaliteit van het product wordt aangetast.
Indien nodig kan de vergelijkende evaluatie van verschillende productieprocessen of beschermmiddelen worden versneld door gebruik te maken van versnelde en geforceerde afbraakstabiliteitstests op de grondstof of het eindproduct. Er moet bijzondere aandacht worden besteed aan deze afbraakproducten tijdens de zuivering en het vullen, aangezien deze in het eindproduct achterblijven en uiteindelijk bij patiënten worden gebruikt, waardoor problemen met de veiligheid, werkzaamheid en immunogeniciteit ontstaan.
In zekere zin bepaalt het productieproces van biofarmaceutica de kwaliteit ervan, wat de analyse van het afbraakmechanisme van deze moleculen en de remming van hun mogelijke afbraak gedurende het hele productieproces vereist om ervoor te zorgen dat het eindproduct veilig en effectief bij patiënten kan worden toegepast.
Over Guidling
Guidling Technology is een nationale hightech onderneming die zich richt op biofarmaceutica, celcultuur, zuivering en concentratie van biogeneeskunde, diagnose en industriële vloeistoffen. We hebben met succes centrifugaalfilterapparaten, ultrafiltratie- en microfiltratiecassettes, virusfilters, TFF-systemen, dieptefilters, holle vezels, enz. ontwikkeld. Die volledig voldoen aan de toepassingsscenario's van biofarmaceutica, celcultuur, enzovoort. Onze membranen en membraanfilters worden veel toegepast bij het concentreren, extraheren en scheiden van voorfiltratie, microfiltratie, ultrafiltratie en nanofiltratie. Onze vele productlijnen, van kleine laboratoriumfiltratie voor eenmalig gebruik tot productiefiltratiesystemen, steriliteitstesten, fermentatie, celcultuur en meer, voldoen aan de behoeften van testen en productie. Guidling Technology kijkt ernaar uit om met u samen te werken!
