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【瑞士步琦】【巴爺爺?shù)牟┛汀康鞍踪|(zhì)保存：影響冷凍干燥配方的關(guān)鍵因素

步琦 2024-02-06 | 閱讀：478

蛋白質(zhì)保存

影響冷凍干燥配方的關(guān)鍵因素

凍干應(yīng)用

用于生物制藥的蛋白質(zhì)和多肽的冷凍干燥是一個復雜的過程，存在許多挑戰(zhàn)。在這篇文章中，我們會討論了影響配方冷凍干燥的關(guān)鍵因素，來確保蛋白質(zhì)的保存。冷凍干燥配方通常經(jīng)過精心設(shè)計，以保持燥材料的完整性、穩(wěn)定性和生物活性。這對于藥品、生物制藥或某些食品等敏感材料尤為重要。生物制藥冷凍干燥的原因有很多，它們可能在液態(tài)下不穩(wěn)定或有嚴格的儲存要求。

冷凍干燥非常適合不需要進一步加工的產(chǎn)品，因為它們可以在小瓶中干燥并在加工后立即密封以避免污染。生物制藥制劑由提供所需效果的活性成分（例如蛋白質(zhì)或多肽），為了保持其生物活性，需要添加稱為賦形劑（成分）的其他物質(zhì)，從而形成一種非常適合冷凍干燥的組合物。

用于生物制藥制劑的輔料清單

填充劑：甘露醇、蔗糖或乳糖等材料可增加體積并有助于形成穩(wěn)定的基質(zhì)。
冷凍保護劑：甘油或二甲基亞砜（DMSO）等物質(zhì)，可保護活性成分免受冷凍應(yīng)激。
石松保護劑：它們在干燥階段保護活性成分，包括蔗糖或海藻糖等糖。
穩(wěn)定劑：有助于保持配方的pH值和離子強度的緩沖液等成分。
表面活性劑：這些用于穩(wěn)定蛋白質(zhì)和其他敏感分子的聚集。
防腐劑：如果產(chǎn)品容易受到微生物生長的影響，則保護產(chǎn)品。
溶劑：溶劑的選擇至關(guān)重要，通常使用水。在特殊情況下，也可以使用有機溶劑。

輔料的選擇取決于多種因素。就像某些植物需要特定類型的堆肥或土壤一樣，生物制藥的活性成分需要正確的配方才能茁壯成長。盡可能多地了解要冷凍干燥的材料的性質(zhì)是很重要的，包括它在不同條件下的穩(wěn)定性和冷凍干燥產(chǎn)品的預(yù)期用途。就像在我的花園里一樣，在準備土壤之前，我需要了解我正在種植的植物或種子的類型。

輔料的選擇取決于多種因素。對于蛋白質(zhì)而言，它們的長期穩(wěn)定性與制劑的含水量及其構(gòu)象結(jié)構(gòu)有關(guān)。蛋白質(zhì)需要水來避免變性，在選擇蛋白質(zhì)溶劑時應(yīng)小心。此外，應(yīng)使用海藻糖等保護劑來穩(wěn)定分子，以幫助其保持其功能活性。

問

成功凍干的關(guān)鍵化合物特性是什么？

答

熱特性

有多種分析方法可用于確定化合物特性，例如差示掃描量熱法（DSC）、傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）等。為了成功凍干，需要了解目標蛋白質(zhì)或多肽的熱特性。DSC是評估蛋白質(zhì)和多肽熱穩(wěn)定性的強大技術(shù)。它測量與材料相變相關(guān)的熱流作為溫度的函數(shù)。

量熱法可以為實驗者提供配方的重要特性，如：

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，Tg：非晶態(tài)材料轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡВù嘈裕顟B(tài)的溫度。在冷凍干燥中，在初級干燥過程中將產(chǎn)品保持在Tg以下以保持結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性至關(guān)重要。
熔點，Tm：固體物質(zhì)變成液體的溫度。在冷凍干燥中，必須了解Tm，以避免在過程中熔化，以保持產(chǎn)品的完整性。
結(jié)晶溫度，Tc：溶質(zhì)在冷凍過程中結(jié)晶的溫度。如果不希望結(jié)晶，則必須避免此溫度。
反應(yīng)熱，ΔH：與化學反應(yīng)相關(guān)的熱變化。了解 ΔH 有助于預(yù)測和控制相變期間所需或釋放的熱量，確保冷凍、初級干燥和二級干燥階段之間的平穩(wěn)過渡。
比熱容，Cp：將單位質(zhì)量物質(zhì)的溫度改變一攝氏度所需的熱量。Cp 至關(guān)重要，因為它有助于確定需要供應(yīng)或去除的熱量，以實現(xiàn)所需的溫度變化，確保高效和有效的干燥。

另一種分析技術(shù)是凍干顯微鏡，它有助于確定塌陷溫度（用Tc表示）。這是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在干燥階段開始塌陷的溫度。了解 Tc 對于設(shè)置適當?shù)呢浖軠囟纫员苊?Tg 和 Tm 至關(guān)重要。

了解會影響熱特性的幾個因素

緩沖液：這會影響熱穩(wěn)定性。將pH值保持在接近蛋白質(zhì)等電點的緩沖液可增強穩(wěn)定性。
蛋白質(zhì)或多肽的濃度：也會影響熱穩(wěn)定性。因此，在代表最終產(chǎn)品的濃度下進行熱表征非常重要。
擴大工藝規(guī)模：由于濃度不同，這可能需要重新評估熱特性。
輔料：還必須考慮輔料對所列熱特性的影響。

問

如何優(yōu)化冷凍階段？

答

使用乙醇混合物進行快速冷凍是首選

凍結(jié)速率和最終凍結(jié)溫度會影響冰晶的形成和大小，進而影響升華速率。產(chǎn)品必須在足夠低的溫度下冷凍，以確保其完全冷凍。這個冷凍階段創(chuàng)造了蛋白質(zhì)將被嵌入的結(jié)構(gòu)。如果這不正確，蛋白質(zhì)將失去其活性并被鎖定在錯誤的構(gòu)象中或失去其完整性。對于蛋白質(zhì)和多肽，最好儲存在 -80℃ 下，因此不建議在 -20℃ 下緩慢冷凍。使用乙醇混合物進行快速冷凍是首選，因為它會導致形成更小的冰晶，這有利于維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。

問

影響干燥階段的關(guān)鍵因素是什么？

答

終點測定

在處理蛋白質(zhì)和多肽時，干燥階段至關(guān)重要。太快或太慢，要么會破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，要么最終得到不充分干燥的產(chǎn)品。初級干燥是最長的階段，我們必須設(shè)置適當?shù)那皇覊毫拓浖軠囟取?span style="color: rgb(86, 172, 221); box-sizing: border-box;">設(shè)置系統(tǒng)壓力的最佳方法是使用熱電偶或其他溫度探頭確定產(chǎn)品溫度，然后找到該溫度下相應(yīng)的冰蒸氣壓。終點測定對于確保所有冰都已從產(chǎn)品中升華非常重要，因為殘留的水分會影響穩(wěn)定性和保質(zhì)期。另外，不要不必要地延長干燥階段，因為它既不節(jié)省成本，也不節(jié)能，甚至有可能導致產(chǎn)品損壞。終點測定的方法多種多樣，包括溫差測試（樣品和貨架之間）、壓差測試和壓升測試。

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BUCHI 凍干機搭載 Infinite Technology^TM，具備豐富實驗室蒸發(fā)經(jīng)驗，精巧靈活高性能，模塊化的配置，且可以通過實施自動終點測定來自動確定終點。這種跟蹤干燥過程的過程分析技術(shù)允許實時調(diào)整，從而加快優(yōu)化過程。自動終點確定為監(jiān)控過程可重復性提供了必要的工具，確保了批次之間的一致性。終點測定的使用可防止過早過渡到后續(xù)干燥階段，從而確保最佳干燥結(jié)果。

初級干燥后，由于水分子緊密結(jié)合，通常有 5-10% 的殘余水分含量；因此需要二次干燥。目標是使結(jié)合的水汽化，這通常是在較低的壓力和較高的溫度下完成的。然而，如果溫度過高，可能會導致蛋白質(zhì)或多肽的降解。二次干燥對于確保穩(wěn)定性和保質(zhì)期很重要。雖然蛋白質(zhì)在干燥過程中會變得不穩(wěn)定（變性），但只要折疊機制是可逆的，蛋白質(zhì)就可以完全復疊（復性），并且在復溶后仍顯示出藥物穩(wěn)定性。