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【技術干貨】破局高濃度,生物制藥蛋白制劑超濾工藝的挑戰與實踐

2025/04/28

 

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隨著生物醫藥創新技術進步和市場需求的演變,高濃度蛋白制劑因其能夠實現蛋白藥物的皮下注射,在臨床和商業領域均展現出顯著優勢,可實現患者自我給藥、增加患者舒適度、改善患者依從性、替代靜脈輸注而降低醫療費用,皮下注射將是首選的給藥方式。

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基于單抗的療法,通常每劑需要數百mg到1g的高劑量才能達到所需的治療濃度。通常所說的高濃度制劑是指最終的單抗蛋白濃度>100 mg/mL的制劑。一般的皮下給藥需要限制給藥體積<2mL,根據臨床給藥量計算,某些靶點的藥物將要求蛋白濃度高達150~200mg/mL,甚至更高。目前,FDA批準的單抗產品中有大約三分之一是高濃度制劑

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TFF超濾系統(如切向流超濾系統、離心超濾管)可將蛋白質溶液濃縮至原體積的1/20甚至更低。例如,Minimate切向流超濾系統可處理高達1L的樣品,濃縮至5mL,回收率超過90%。

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01常見超濾工藝制劑挑戰 

 

1

體積排阻效應

蛋白質分子在高濃度情況下,在溶液中占有很大的體積。減少了其他溶質可用的溶質體積,導致溶質的含量降低。在沒有電荷效應的情況下,質量摩爾濃度是相等的。

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2

水合效應

原理:溶質和蛋白質之間的特異性/非特異性相互作用

  • 溶質—蛋白質吸引 →回流端溶質質量摩爾濃度較高 

  • 溶質—蛋白質斥力 →回流端溶質質量摩爾濃度降低(斥力通常稱為優先水合作用)

特異性相互作用(不常見) : Ligand Binding

非特異性相互作用(常見) :鹽,糖,氨基酸

 

3

道南效應

定義:帶電蛋白分子位于膜的一側,其他帶電的擴散性輔料為了維持電中性,導致跨膜分布不均勻。

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02道南效應緩解策略

 

1.透析緩沖液偏移量修正法

 

  • 調整DF緩沖成分以達到目標最終產品中的輔料濃度和pH值

  • 通過Donnan模型估計初始偏移量,并通過實驗進行評估。

  • 恢復緩沖液成分為標準緩沖液,按規格配制

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2.緩沖液平均法

 

按目標輔料濃度和pH配制DF緩沖液

  • 通過模型估計偏移量,并通過實驗驗證

  • 使用“調節”緩沖液進行產品回收,和產品混勻

  • pH值和輔料濃度在回收緩沖液中進行修改,以達到最終池目標

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03總結

  1. 高濃度蛋白UF/DF期間應考慮3個影響:

    ? 體積排斥效應(所有輔料)

    ? 優先水合作用(取決于輔料和蛋白質,通常溶質<100mM可忽略不計)

    ? 道南效應(僅帶電輔料,蛋白質conc.)/離子conc. /溫度/緩沖液)

  2. 應考慮輔料偏移現象對過濾效率的影響(啟動緩沖液成分去除)

  3. 在選擇過濾緩沖液配方時,還應考慮UF2(過濃縮)中的Donnan效應。

  4. 典型的UF/DF工藝過程,pH和輔料水平在不到10倍體積置換可以達到穩定。

  5. 道南效應導致pH和輔料濃度的偏移。一般蛋白帶正電,換液前初始樣品帶負電的緩沖鹽無法完全置換掉;置換液中帶負電的緩沖鹽,濃度會增加;置換液中帶正電的緩沖鹽,濃度會降低。

  6. 蛋白濃度越高,道南效應導致的pH和輔料濃度偏移越大。

  7. 體積排阻效應會導致高濃度制劑的不帶電輔料含量會降低。

 

# END #

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