Problemy stabilności i rozwiązania leków biologicznych w procesie produkcyjnym

W ostatnich latach leki biotechnologiczne, zwłaszcza leki monoklonalne, stopniowo stały się głównym przedmiotem badań i rozwoju nowych leków. Jednak w przypadku białkowych produktów biologicznych na ogół występuje problem złożonej i niestabilnej struktury, zwłaszcza różnorodnych niestabilnych czynników w procesie produkcyjnym, co powoduje degradację i inaktywację produktów biologicznych. Proces przygotowania leków biologicznych jest bardzo złożony i często obejmuje biosyntezę (np. fermentacja mikrobiologiczna/hodowla komórkowa), oczyszczanie i rafinację surowca (np. oczyszczanie chromatograficzne, usuwanie wirusów) oraz proces przygotowania (np. konfiguracja preparatu, filtracja aseptyczna, napełnianie, zamrażanie) -suszenie i kontrola lamp) oraz inne ogniwa związane z produkcją, magazynowaniem, transportem i innymi. Dlatego rozwiązanie problemów związanych z niestabilnością jest kluczem do skutecznego zastosowania leków biologicznych w praktyce klinicznej. W artykule podsumowano sposoby degradacji w produkcji leków biologicznych i zaproponowano odpowiadające im rozwiązania.

 

W miarę jak technologie biologiczne (takie jak technologia rekombinacji DNA, technologia hybrydom limfocytów, technologia prezentacji fagowej) i rozwój ludzkiej genomiki, leki biotechnologiczne (medycyna biologiczna, bioterapeutyka, biologia, biofarmaceutyka), zwłaszcza leki monoklonalne, stopniowo stały się głównym narzędziem badań i rozwoju nowych leków. W ostatnich latach leki biologiczne stanowiły 80% 10 najlepiej sprzedających się leków na receptę na świecie, a udział całej branży farmaceutycznej również z roku na rok rośnie. W porównaniu z tradycyjnymi lekami małocząsteczkowymi opartymi na syntezie chemicznej, leki biologiczne są przygotowywane i produkowane głównie metodami biotechnologicznymi, zwłaszcza technologią rekombinacji DNA, które charakteryzują się wysoką aktywnością, wysoką specyficznością i niską toksycznością oraz rozwiązują wiele problemów medycznych, które rozwiązują tradycyjne leki małocząsteczkowe. leki nie są w stanie rozwiązać problemu, dlatego odgrywają coraz większą rolę w ratowaniu życia i poprawie jakości życia pacjentów.

Jednakże rozwój leków biologicznych napotyka również wiele wyzwań technicznych. Po pierwsze, biofarmaceutyki to biomakromolekuły (względna masa cząsteczkowa wynosi zwykle 5x103 ~ 2x105) o bardzo złożonych strukturach i składnikach. Oprócz struktury pierwszorzędowej, czyli sekwencji aminokwasów, leki biologiczne mają zazwyczaj złożone struktury wysokiego poziomu (takie jak struktury drugorzędowe, trzeciorzędowe, a nawet czwartorzędowe), które stanowią podstawę ich aktywności biologicznej.

 

Jednocześnie, ze względu na takie czynniki, jak modyfikacja potranslacyjna, hydroliza enzymatyczna i degradacja chemiczna, powszechne leki biologiczne są niezwykle złożonymi mieszaninami zawierającymi miliony lub więcej cząsteczek. Po drugie, leki biologiczne są niestabilne i podatne na degradację chemiczną i fizyczną. Degradacja chemiczna polega na rozrywaniu i tworzeniu wiązań kowalencyjnych, natomiast degradacja fizyczna jest charakterystyczna dla leków biologicznych i nie obejmuje zmian wiązań kowalencyjnych, ale głównie zmian w strukturze wysokiego poziomu białek, w tym adsorpcji fizycznej (do powierzchni hydrofobowych), denaturacji, depolimeryzacja, agregacja i wytrącanie. Degradacja ta nie tylko wpłynie na jej aktywność biologiczną, ale może również spowodować wiele problemów związanych z bezpieczeństwem. Po drugie, w przeciwieństwie do leków małocząsteczkowych, prawie wszystkie leki biologiczne mają potencjalną immunogenność, to znaczy zdolność stymulowania organizmu do wytwarzania specyficznych przeciwciał lub uwrażliwiania limfocytów.

 

Oprócz struktury samych leków biologicznych, immunogenność jest również ściśle powiązana ze stabilnością leków biologicznych, zwłaszcza polimerów i cząstek białek, które łatwo stymulują organizm do wytworzenia odpowiednich przeciwciał przeciwko klarownym lekom, wpływając na skuteczność leków i nawet ze względu na reaktywność krzyżową może neutralizować białka endogenne w organizmie człowieka. Na przykład przeciwciała wytwarzane podczas leczenia ludzką erytropoetyną (EprexR) nie tylko neutralizują leki białkowe, ale także wiążą ludzkie białka endogenne w celu ich inaktywacji, co powoduje zaburzenia regeneracji czystych czerwonych krwinek u pacjentów. Odpowiedź immunologiczna może również wywołać reakcje nadwrażliwości, które w ciężkich przypadkach mogą nawet zagrozić życiu pacjenta.

Niektóre subtelne zmiany (takie jak konformacja) zachodzące podczas produkcji leków biologicznych mogą być trudne do zaobserwowania podczas procesu produkcji lub krótkotrwałego przechowywania za pomocą istniejących technologii analitycznych, ale mogą mieć wpływ na stabilność procesu długoterminowego przechowywania, w związku z czym większy wpływ na końcową jakość produktu. Jakość obiektów produkcyjnych, surowców i materiałów opakowaniowych, a także szkolenie i działanie pracowników również będą miały duży wpływ na jakość produktu. W artykule podsumowano typowe problemy mające wpływ na stabilność leków biologicznych w procesie produkcyjnym i zaproponowano odpowiadające im rozwiązania.

 

01 Proces przygotowania leku biologicznego

Proces przygotowania leków biologicznych jest bardzo skomplikowany. Od biosyntezy do końcowego pakowania w preparaty kliniczne, zwykle konieczne jest przejście przez różne etapy produkcji, przechowywania i transportu, w tym biosyntezę (taką jak fermentacja mikrobiologiczna/hodowla komórkowa), oczyszczanie materiału wyjściowego, rafinacja (taka jak oczyszczanie chromatograficzne, usuwanie wirusów) i przygotowanie procesu (takiego jak konfiguracja przygotowania, filtracja aseptyczna, napełnianie, liofilizacja i kontrola lampy). Biorąc za przykład najpopularniejsze leki biologiczne zawierające przeciwciała, typowa procedura produkcyjna obejmuje następujące etapy: Po pierwsze, linia komórkowa jest topiona i stopniowo namnażana w rozsądnym środowisku wzrostu, aby ostatecznie zaspokoić potrzeby produkcyjne.

 

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 stopni) i neutralne warunki pH przez okres większy lub równy 10 dni do wystarczającej dotychczas syntezy białek i wydzielania do przestrzeni zewnątrzkomórkowej. Po syntezie leku biologicznego nierozpuszczalne pozostałości komórkowe usuwa się przez odwirowanie lub filtrację, a następnie supernatant zawierający lek biologiczny oczyszcza się na kilku kolumnach chromatograficznych, takich jak chromatografia powinowactwa do białka A (chromatografia białka A), chromatografia kationowymienna i anionowymienna chromatografii, a wirus jest usuwany i inaktywowany.

Po oczyszczeniu substancje biologiczne są zastępowane odpowiednim buforem poprzez ultrafiltrację lub perkolację i przechowywane w substancji leczniczej lub w postaci końcowej luzem po dodaniu do końcowych składników preparatu. Gotowy produkt otrzymuje się poprzez napełnienie różnych wewnętrznych materiałów opakowaniowych (zamknięcie pojemnika) lub dalej przygotowany na liofilizowany proszek poprzez liofilizację. W trakcie procesu produkcyjnego białka poddawane są działaniu różnorodnych czynników niszczących, takich jak niskie pH, wysoka zawartość soli, zamrażanie-rozmrażanie, światło, oscylacje, ścinanie i różne (hydrofobowe) powierzchnie, które mogą powodować zmiany strukturalne lub degradację białka, tym samym wpływające na jakość leku biologicznego, a każdy etap można zoptymalizować, aby uniknąć lub ograniczyć wynikającą z tego degradację.

 

02 Degradacja i kontrola leków biologicznych podczas fermentacji mikrobiologicznej/kultury komórkowej

Proces fermentacji mikrobiologicznej/kultury komórkowej może wpływać na stabilność wyrażanych w nim leków białkowych, jednakże istnieje niewiele doniesień na temat stabilności leków biologicznych w procesie fermentacji mikrobiologicznej/kultury komórkowej lub zagadnieniu temu nie poświęcono wystarczającej uwagi. Główną przyczyną tego zjawiska może być fakt, że w procesie fermentacji mikrobiologicznej hodowli komórek L większą uwagę zwraca się na odpowiednie warunki wzrostu drobnoustrojów/komórek i ilość ekspresji, a niektóre produkty degradacji można usunąć w drodze późniejszego oczyszczania, lub Uważa się, że utrata białka spowodowana degradacją jest spowodowana nieodpowiednią ekspresją białka.

 

Zgodnie z zasadą QbD dotyczącą rozwoju medycyny biologicznej i odpowiednimi wytycznymi, takimi jak FDA, zanieczyszczenia związane z produktem najlepiej tłumić na pierwszym planie produkcji, po czym następuje oczyszczanie i inne procesy mające na celu usunięcie. W przypadku braku skutecznej metody usuwania konieczne jest wykazanie, że zanieczyszczenie nie wpływa znacząco na bezpieczeństwo i skuteczność leku, ale będzie to wymagało wielu dodatkowych badań i istnieje ryzyko pewnych niepewności ze względu na słabo badania ukierunkowane. Dlatego preferowaną strategią jest rozważenie hamowania tej degradacji u źródła.

Istnieje wiele czynników powodujących degradację białek podczas fermentacji mikrobiologicznej/kultury komórkowej. Pierwszym z nich są czynniki środowiskowe, takie jak wysoka temperatura, obojętne pH, rozpuszczony tlen, siła jonów soli itp. Temperatura hodowli komórkowej jest znacznie wyższa niż w przypadku zwykłego przechowywania temperatura (np. od 2 do 8 stopni) i jak w przypadku większości reakcji chemicznych, im wyższa temperatura, tym szybsza degradacja białka. Przy obojętnym pH wiele białek, w tym przeciwciała monoklonalne, jest bardziej podatnych na agregację i deamidację. Niższe stężenia rozpuszczonego tlenu mogą powodować niepełne parowanie wiązań dwusiarczkowych białek.

 

Ponadto składniki podłoża, takie jak jony metali (takie jak jony miedzi), aminokwasy (takie jak cysteina) itp., również będą miały wpływ na jakość leków biologicznych, zwłaszcza na tworzenie i wymianę wiązań dwusiarczkowych. Zoptymalizowane warunki hodowli komórkowej mogą poprawić stabilność białka, ale każdy proces musi być zarówno skuteczny, jak i wykonalny. Ponieważ warunki ekspresji wielu białek mogą kolidować ze stabilnością białek, zmiany w warunkach fermentacji mikrobiologicznej/kultury komórkowej w szczególności mogą wpływać na poziomy ekspresji białek docelowych, wzrost komórek, zanieczyszczenia związane z procesem i poziomy glikozylacji. W tym momencie konieczne jest przeprowadzenie kompleksowych rozważań i optymalizacji.

 

03 Degradacja i kontrola czynników biochemicznych podczas oczyszczania i debakterializacji/dewirusalizacji

3.1 Oczyszczanie

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% po oczyszczeniu metodą chromatografii na białku A. W przypadku tych białek wrażliwych na kwas należy zminimalizować czas elucji, a elucję należy zneutralizować w czasie po elucji lub elucji w niższych temperaturach. Ponadto zastosowanie zoptymalizowanych układów buforujących (takich jak dodatek argininy) może znacząco zahamować powstawanie agregacji i poprawić odzysk przeciwciał.

 

W chromatografii jonowymiennej często konieczne jest zastosowanie wyższych stężeń soli (takich jak chlorek sodu i octan sodu) oraz dostosowanie pH roztworu do odpowiedniego dla chromatografii anionowej lub kationowymiennej, przy jednoczesnym zapewnieniu, że te warunki nie nie wpływają na jakość białka. Niektóre przeciwciała monoklonalne są bardziej wrażliwe na wysoką zawartość soli i mają tendencję do tworzenia agregatów białkowych, takich jak opalescencja i cząstki. Odkryliśmy, że elucja histydyną jako buforem zamiast soli o wysokiej zawartości soli może skutecznie hamować takie reakcje agregacji (dane niepublikowane).

W chromatografii wymiany hydrofobowej białka rozdzielane są na podstawie powinowactwa między grupą hydrofobową a fazą ruchomą i łatwo ulegają adsorbcji na powierzchni hydrofobowej w celu denaturacji. Jest jednak znacznie łagodniejsza niż chromatografia z odwróconą fazą, która wymaga elucji białek przy użyciu rozpuszczalników organicznych. W celu poprawy odzysku białka można również zastosować metodę dodania argininy do roztworu próbki lub fazy ruchomej.

 

3.2 Sterylizacja/usuwanie wirusów

Ponieważ leki biologiczne muszą być podawane drogą wstrzyknięcia, sterylizacja i usuwanie wirusów są również niezbędnym procesem w przypadku produktów biofarmaceutycznych, obejmującym głównie fizyczne usunięcie i inaktywację chemiczną. Usuwanie fizyczne to oddzielanie bakterii lub wirusów od leków biologicznych metodami fizycznymi. Głównymi metodami są filtracja membranowa/nanofiltracja i chromatografia. Inaktywacja chemiczna to inaktywacja bakterii lub wirusów metodami chemicznymi, obejmującymi głównie zastosowanie środków powierzchniowo czynnych, ogrzewanie, obróbkę kwasem i promieniowanie UV/Y.

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 stopni przed sterylizacją metodą obróbki cieplnej. Jednocześnie należy zwrócić uwagę na wpływ niektórych różnorodnych białek, zwłaszcza śladowych ilości różnych białek o niskich temperaturach topnienia, a cząstki powstałe po degradacji tych zanieczyszczeń staną się miejscami zarodkowania agregacji białek, przyspieszając agregację białek białka docelowe. Jeżeli roztwór zawiera sacharozę, należy również wziąć pod uwagę, że sacharoza jest podatna na hydrolizę z wytworzeniem glukozy i fruktozy w warunkach wysokiej temperatury, a te dwa zredukowane cukry ulegną reakcji Maillarda z wolną grupą aminową białek, co spowoduje degradację leki biologiczne.

Aby sterylizować promieniowaniem, należy zwrócić uwagę na chemiczną i fizyczną degradację białek spowodowaną przez wolne rodniki i zwykle konieczne jest dodanie kilku wymiataczy wolnych rodników w celu ochrony białek.

 

3.3 Zamrażanie-Rozmrażanie

Zamrażanie-rozmrażanie to proces niezbędny w produkcji leków biologicznych, taki jak proces oczekiwania na różnych etapach procesu produkcyjnego lub zmiana miejsca/przeniesienia, a także powszechna metoda długoterminowego przechowywania roztworu podstawowego . Ponadto przypadkowe zamrożenie-rozmrożenie może również nastąpić podczas transportu gotowego produktu lub stosowania go przez pacjenta w domu. Niektóre białka są bardzo wrażliwe na zamrażanie i rozmrażanie, szczególnie w przypadku braku odpowiednich środków ochronnych, co może łatwo spowodować inaktywację białek. Dlatego też eksperyment zamrażania i rozmrażania jest również istotną częścią kontroli przesiewowej receptury.

Mechanizmy niszczenia białek przez zamrażanie i rozmrażanie są następujące: Po pierwsze, powierzchnia wody lodowej powstająca podczas zamrażania jest ważną przyczyną denaturacji białek, a białka mają tendencję do adsorbowania się na tych powierzchniach w celu denaturacji i agregacji; Po drugie, gdy duża ilość wody zamieni się w lód podczas procesu zamrażania, stężenie pozostałej substancji rozpuszczonej i samego białka gwałtownie wzrośnie, a im wyższe stężenie białka, tym większe ryzyko zderzenia międzycząsteczkowego i tym poważniejsze powstanie agregacji.

 

Zgodnie z mechanizmem reakcji degradacji białek istnieją różne sposoby hamowania degradacji białek spowodowanej zamrażaniem i rozmrażaniem. Na przykład ósmy składnik wody lodowej (taki jak polisorbat 20, polisorbat 80) hamuje degradację powodowaną przez powierzchnię wody lodowej. Stabilność termodynamiczną (utrzymanie białka w stanie naturalnym) zwiększa się poprzez dostosowanie pH i siły jonowej roztworu oraz dodanie substancji pomocniczych/ochronnych.

W przypadku długotrwałego przechowywania zapasów leków biologicznych zwykle konieczne jest utrzymywanie białka poniżej temperatury zeszklenia (T') maksymalnie zamrożonego koncentratu, aby zapewnić bardzo niską ruchliwość (stabilność kinetyczną). Na przykład roztwór białka zawierający sacharozę jako środek ochronny, ponieważ jego T' wynosi około -30 stopnia, należy go przechowywać w temperaturze -40 stopnia lub nawet niższej.

 

Szybkość zamrażania i rozmrażania wpływa również na stabilność leków biologicznych. Jeśli zamrażanie będzie zbyt wolne, białko będzie ulegało łatwiejszej degradacji w wyższym stężeniu przez dłuższy czas. I odwrotnie, w bardzo szybkich warunkach (takich jak -80 stopnia) może powstać duża ilość powierzchni wody lodowej, co również powoduje degradację ze względu na powierzchnię. Szybkość topnienia jest również bardzo ważna, gdyż powolne topnienie (np. 4 stopnie) powoduje dalsze uszkodzenia w wyniku rekrystalizacji wody, która stopiła się na powierzchni wody lodowej. Dlatego w procesie produkcyjnym ogólnie zaleca się topienie zamrożonych produktów w miarę możliwości z większą szybkością, na przykład przy użyciu płynącej wody w celu przyspieszenia topienia.

Ponadto podczas procesu zamrażania niektóre substancje rozpuszczone ulegną krystalizacji w wyniku tworzenia się lodu i zmniejszenia rozpuszczalności. Najbardziej typowy jest bufor fosforanu sodu, w porównaniu z diwodorofosforanem sodu, rozpuszczalność diwodorofosforanu sodu jest bardzo wrażliwa na temperaturę, w warunkach niskiej temperatury nastąpi pierwsze wytrącenie, co spowoduje spadek pH roztworu do 3 do 4 jednostki, w tym czasie białko wrażliwe na kwas jest podatne na degradację. Niektóre białka o strukturze wielopodjednostkowej, takie jak aponeokarzinostatyna i nukleaza gronkowcowa, ulegają denaturacji w niskiej temperaturze ze względu na zmniejszenie hydrofobowego działania łączących podjednostek wraz ze spadkiem temperatury.

 

3.4 Filtracja/ultrafiltracja

Istnieją trzy główne typy filtracji membranowej roztworów białek, a mianowicie filtracja sterylna, nanofiltracja i ultrafiltracja/perkolacja. Filtrację bakteriobójczą stosuje się głównie w celu usunięcia nierozpuszczalnych cząstek i bakterii, zwykle przed napełnieniem produktu końcowego; Nanofiltrację stosuje się głównie do usuwania wirusów; Ultrafiltrację/perkolację stosuje się głównie w celu zastąpienia oczyszczonej próbki buforem końcowego preparatu i jej zatężenia, unikając bezpośredniego dodawania mocnej zasady lub mocnego kwasu do roztworu białka w celu dostosowania pH roztworu oraz dodawania innych stałe substancje pomocnicze mogą powodować miejscowe wydzielanie ciepła i wpływać na stabilność białka.

Jednakże sama filtracja membranowa będzie miała pewien wpływ na białka, a interakcja między białkami a membranami filtracyjnymi może zmniejszyć stężenie białek w roztworze podstawowym i spowodować denaturację białek, co ma bardziej znaczący wpływ na leki o niskim stężeniu białka. Ogólnie rzecz biorąc, oddziaływanie między białkiem a membraną filtra oraz między białkiem a białkiem można zmniejszyć przez dodanie środków powierzchniowo czynnych. Ponadto niektóre filtry niskiej jakości same w sobie będą usuwać pewne cząsteczki i staną się punktami zarodkowania agregacji białek, przyspieszając agregację białek. Wybór wysokiej jakości membrany filtracyjnej ma kluczowe znaczenie.

 

W procesie ultrafiltracji należy również uwzględnić efekt Donnana. Efekt Donnana oznacza, że ​​podczas procesu filtracji membranowej polimer (taki jak makrocząsteczki białka) zostaje uwięziony w membranie, a elektrolit o przeciwnym ładunku w roztworze gromadzi się wokół polimeru w wyniku wzajemnego przyciągania ładunków, tak że Podczas procesu ultrafiltracji membrana filtracyjna nie może zostać całkowicie przepuszczona, co powoduje wzrost stężenia. Konwencjonalne przeciwciała są w ultrafiltracie naładowane dodatnio, więc elektrolit anionowy zostanie wzbogacony w przeciwciało, a stężenie wzrośnie.

Ogólnie rzecz biorąc, im niższe początkowe stężenie buforu i im wyższe stężenie białka po ultrafiltracji, tym bardziej oczywisty jest efekt Daunana i tym bardziej znaczący wpływ na pH buforu. Jeśli bufor zawiera histydynę, wartość pH wzrośnie, gdy ultrafiltracja zatęży lek z przeciwciałami, a nawet wartość pH preparatu przekroczy normę kontroli jakości i spowoduje, że produkt będzie niekwalifikowany.

 

04 Degradacja i kontrola leków biologicznych w procesie przygotowania produktu końcowego

4.1 Konfiguracja i miksowanie

W procesie produkcyjnym, ze względu na duże rozmiary leków biologicznych, bardzo ważna staje się konfiguracja preparatu i operacje mieszania, takie jak lokalne stężenie białka lub substancji pomocniczej jest zbyt wysokie lub zmiana pH roztworu i siły jonowej może prowadzić do denaturacji białka lub opady. Rodzaj, rozmiar, prędkość mieszania i czas mieszadła mechanicznego podczas produkcji mogą mieć wpływ na stabilność leku biologicznego, na przykład szybkość mieszania jest zbyt duża, co powoduje przyspieszoną agregację białek. Dlatego też konieczna jest możliwie największa optymalizacja tych parametrów przy założeniu uzyskania równomiernego mieszania.

 

4.2 Napełnianie

Leki biologiczne są podatne na denaturację i agregację podczas procesu napełniania, głównie z powodu sił mechanicznych, takich jak siły ścinające powstające w procesie pompowania, oraz degradacji spowodowanej przez niektóre osady. Donoszono, że stal nierdzewna pompy tłokowej wytrąci niektóre nanocząstki i staną się punktami zarodkowania agregacji przeciwciał. Małe pęcherzyki powstające podczas procesu napełniania mogą powodować denaturację białka na powierzchni gaz-ciecz, a po rozbiciu małe pęcherzyki będą wytwarzać wolne rodniki i/lub lokalne zmiany ciepła, co może powodować denaturację białka.

 

4.3 Liofilizacja

W lekach biologicznych zwykle stosuje się preparaty płynne, ponieważ preparaty ciekłe mają znaczną przewagę nad preparatami liofilizowanymi z punktu widzenia kosztów, prostoty procesu i wygody pacjenta. Jednakże niektóre białka są bardzo niestabilne w roztworach wodnych i jeżeli po optymalizacji preparatu nie uzyskano wystarczającej stabilności, należy rozważyć zastosowanie preparatów liofilizowanych. W procesie liofilizacji powstanie wiele czynników destrukcyjnych, pierwszym z nich są czynniki destrukcyjne w procesie zamrażania, które zostały szczegółowo omówione wcześniej.

Ponadto białka mogą również napotykać czynniki degradacji w suchych warunkach. Na przykład warstwa hydratacyjna na powierzchni białek jest bardzo ważna dla stabilności białek. Hageman zaproponował, że powierzchnia białek zawiera około 7% wody, co jest bardzo ważne dla utrzymania struktury białek, a zawartość wody po liofilizacji wynosi na ogół od 1% do 2%, dlatego potrzebne są inne substancje, które zastąpią rolę wody podczas odwodnienia. Dlatego bardzo ważny jest wybór właściwej recepty i procesu liofilizacji. Powszechnie uważa się, że disacharydy, takie jak sacharoza i trehaloza, mogą odgrywać stosunkowo skuteczną rolę donorów wiązań wodorowych, podczas gdy związki polimerowe nie mogą skutecznie pełnić roli substytutów wody ze względu na efekt steryczny.

 

Ponadto, przy założeniu kontrolowania zawartości wody liofilizowanej (takiej jak 1% do 2%), sacharoza i trehaloza mogą tworzyć amorficzny proszek o wysokiej T, dzięki czemu cały system może być utrzymywany w stanie stałym i hamują degradację fizyczną i chemiczną podczas długotrwałego przechowywania. Jednakże w przypadku polipeptydowych leków biologicznych (takich jak glukagon), ponieważ nie mają one stosunkowo ustalonej struktury wysokiego poziomu, cukry polimerowe, takie jak hydroksyetyloskrobia, które nie mogą odgrywać roli wiązań wodorowych, mogą również odgrywać silne działanie ochronne, podobnie jak cukry z wodorostów. Ostatnio doniesiono, że zastosowanie aminokwasów jako nowego leku biologicznego jako środków chroniących przed liofilizacją, zwłaszcza argininy, można stosować samodzielnie lub w połączeniu z sacharozą, bardzo skutecznie w celu ochrony stabilności białek w warunkach zamrażania i liofilizacji.

 

05 Degradacja i kontrola leków biologicznych podczas przechowywania, transportu i stosowania

W procesie przechowywania, transportu i użytkowania białka ulegają również różnym warunkom degradacji, takim jak krótkotrwałe zmiany temperatury podczas przechowywania i transportu, oscylacje w transporcie czy lekkie uszkodzenia podczas transportu i użytkowania, co może mieć większy wpływ na jakość białka . W przypadku produktów biofarmaceutycznych i szczepionek transport w łańcuchu chłodniczym jest kluczowym czynnikiem zapewniającym jakość produktu. W ostatnich latach w Chinach miało miejsce kilka incydentów związanych z bezpieczeństwem szczepionek, takich jak sprawa szczepionki Shanxi w 2010 r. i sprawa nielegalnej szczepionki w Shandong w 2016 r. Wszystkie te przypadki dotyczyły niewłaściwego przechowywania i transportu szczepionek oraz potencjalnego ryzyka dla bezpieczeństwa leków spowodowanego przez wzbudziły one duże zaniepokojenie całego społeczeństwa. Dlatego wzmocnienie zarządzania i kontroli procesu przechowywania, transportu i stosowania jest ważnym ogniwem zapewniającym bezpieczne stosowanie leków biologicznych.

 

06 Wniosek

Leki biologiczne są cząsteczkami bardzo delikatnymi, a jakość ich produktów jest ściśle powiązana z procesem produkcyjnym. W procesie produkcyjnym łatwo dochodzi do różnych degradacji chemicznej i fizycznej, zwłaszcza fizycznej degradacji makrocząsteczek leków biologicznych, która może zachodzić w różnych warunkach fizycznych lub mechanicznych, dlatego doświadczenia z lekami małocząsteczkowymi nie można bezpośrednio zastosować w przypadku leków biologicznych.

W procesie produkcyjnym należy unikać ekstremalnych warunków, takich jak mieszanie roztworu leku biologicznego w mieszalniku ze zbyt dużą szybkością mieszania, bezpośrednie stosowanie mocnych kwasów lub zasad w celu dostosowania pH roztworu lub bezpośrednie dodawanie stałych substancji pomocniczych do roztworu białka w celu uzyskania rozwiązać. Chociaż może nie powodować wykrywalnych skutków w krótkim okresie, może mieć wpływ na lokalną, normalną delikatną strukturę leku biologicznego, a te zmiany strukturalne ulegną wzmocnieniu podczas długotrwałego przechowywania, ostatecznie wpływając na jakość produktu.

W razie potrzeby ocenę porównawczą różnych procesów produkcyjnych lub środków ochronnych można przyspieszyć, stosując badania stabilności przyspieszonej i wymuszonej degradacji surowca lub produktu końcowego. Szczególną uwagę należy zwrócić na te produkty degradacji podczas oczyszczania i napełniania, ponieważ pozostaną one w produkcie końcowym i ostatecznie zostaną wykorzystane u pacjentów, co podnosi kwestie bezpieczeństwa, skuteczności i immunogenności.

W pewnym sensie proces produkcji biofarmaceutyków determinuje ich jakość, co wymaga analizy mechanizmu degradacji tych cząsteczek i hamowania ich ewentualnej degradacji na przestrzeni całego procesu produkcyjnego, aby mieć pewność, że produkt końcowy będzie mógł być bezpiecznie i skutecznie aplikowany pacjentom.

 

O Guidlingu

Guidling Technology to krajowe przedsiębiorstwo high-tech skupiające się na biofarmaceutykach, hodowlach komórkowych, oczyszczaniu i zatężaniu biomedycyny, diagnostyce i płynach przemysłowych. Z sukcesem opracowaliśmy urządzenia do filtrów odśrodkowych, kasety do ultrafiltracji i mikrofiltracji, filtry wirusowe, systemy TFF, filtry wgłębne, włókna kanalikowe itp., które w pełni spełniają scenariusze zastosowań biofarmaceutyków, hodowli komórkowych i tak dalej. Nasze membrany i filtry membranowe są szeroko stosowane w zatężaniu, ekstrakcji i separacji przed filtracją wstępną, mikrofiltracją, ultrafiltracją i nanofiltracją. Nasze liczne linie produktów, od małych jednorazowych filtrów laboratoryjnych po produkcyjne systemy filtracji, badania sterylności, fermentacja, hodowle komórkowe i inne, spełniają potrzeby testowania i produkcji. Guidling Technology z niecierpliwością czeka na współpracę z Tobą!