年來中國生物醫(yī)藥行業(yè)市場規(guī)模保持較快增長。2016-2022年,，我國生物醫(yī)藥行業(yè)的市場規(guī)模呈波動增長趨勢,，2020年由于疫情影響，生物醫(yī)藥行業(yè)規(guī)模有所下降,。2022年，我國生物醫(yī)藥行業(yè)的市場規(guī)模約為18680億元,，較2021年同比增長8.30%,。凍干是制造穩(wěn)定的生物制藥產(chǎn)品的方法，目前50%的生物藥采用凍干制劑從而保證其使用穩(wěn)定性,。由于生物藥的復(fù)雜性和敏感性,，通常加入藥物特異性輔料來優(yōu)化凍干過程，以使其生物活性成分穩(wěn)定,。例如,，皮下注射治療性蛋白藥物由于粘度高導(dǎo)致可注射性降低和復(fù)溶時間增長,，需要加入降粘劑，以降低溶液粘度,。
生物制劑處方穩(wěn)定性
溶液中的蛋白質(zhì)通常不穩(wěn)定,，凍干是實現(xiàn)穩(wěn)定生物制藥配方的主要方法，但受凍干條件影響,，蛋白質(zhì)分子可能會不穩(wěn)定,。化學(xué)不穩(wěn)定性會導(dǎo)致肽共價鍵的形成或破壞,，從而產(chǎn)生新的化學(xué)體,。常見的過程包括氧化、脫酰胺和異構(gòu)化,。脫酰胺容易發(fā)生在中性和堿性pH值下,，堿性條件下的脫酰胺比例是酸性條件下的三倍。
異構(gòu)化通常發(fā)生在中性或酸性條件下,，可能導(dǎo)致蛋白分子的親和力降低,。物理不穩(wěn)定會導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性和聚集，影響物理穩(wěn)定性的因素包括 pH 值,、溫度,、離子強度、凍融,、蛋白質(zhì)濃度和機械應(yīng)力,。糖、聚合物,、表面活性劑,、多元醇和氨基酸等輔料對于在凍干和儲存期間穩(wěn)定生物蛋白制劑至關(guān)重要，但由于腸外制劑的監(jiān)管要求,，其選擇十分有限,。
生物制藥藥物凍干過程
凍干是在冷凍后通過升華從生物制藥藥物中去除水分的過程，這種技術(shù)的時間和經(jīng)濟成本通常較高,。凍干過程包括冷凍,、初級和次級干燥步驟。
冷凍步驟旨在將大部分水變成冰,，形成凍結(jié)濃縮溶液,。冷凍期間的溫度必須設(shè)置在最大凍結(jié)濃度溶液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和結(jié)晶材料的共晶溫度以下。退火是冷凍后執(zhí)行的一步,，可形成更大,、更均勻的冰晶并使填充劑結(jié)晶，從而提高初級干燥的效率。冷凍過程中蛋白質(zhì)分子所在的體系特性會發(fā)生變化,，影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性,。冷卻速度會影響冰晶的大小和形態(tài)，進而影響凍干的干燥階段,。蛋白質(zhì)濃度,、類型和退火步驟的加入也會影響產(chǎn)品復(fù)溶時間。
初級干燥通過升華去除冷凍的游離水,，適當選擇板層溫度和壓力值可以縮短該過程,。初級干燥是凍干過程中最耗時和能量的階段，通常最佳壓力為0.1-0.2 mbar,，板層溫度選擇基于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg'和塌陷溫度Tc,。通常將產(chǎn)品溫度保持在Tg'以下2-3°C以保持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性，但是適當?shù)奶幏絻?yōu)化甚至允許產(chǎn)品在Tg'或Tc以上進行干燥,。當產(chǎn)品溫度Tp等于板層溫度時,，初級干燥即完成。通常Tg'和Tc可以分別通過差示掃描量熱法和凍干顯微鏡來確定,。
二次干燥通過解吸去除未冷凍的結(jié)合水,，以避免儲存期間出現(xiàn)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性問題。為了避免樣品崩潰,，應(yīng)逐漸提高板層溫度,，一般不超過50°C，時間通常不超過6h,。干燥結(jié)束后,，產(chǎn)品中的殘留水分為應(yīng)符合要求。根據(jù)QbD原則,，過程分析技術(shù)的主要目的是提高過程效率并保證產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量屬性,。壓力溫度測量是一種壓力上升測試，當干燥室中的蒸汽壓力不再上升時,，初級干燥完成,。此外，通過使用近紅外和拉曼探頭,，可以監(jiān)測凍干配方的中間參數(shù),，例如過程誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)變、結(jié)晶,、固態(tài)化,、多晶型轉(zhuǎn)化和殘余水分含量。過程分析技術(shù)工具以及相應(yīng)的屬性如下表,。
凍干制劑輔料
選擇合適輔料能有助于產(chǎn)品在凍干過程中獲得理想的質(zhì)量屬性和穩(wěn)定性，并降低生產(chǎn)的時間和經(jīng)濟成本，提高產(chǎn)量,。
1. 穩(wěn)定劑
凍干過程中蛋白質(zhì)的穩(wěn)定基于兩種主要機制：玻璃化和水置換理論,。玻璃化定義了蛋白質(zhì)分子在由無定形穩(wěn)定劑形成的基質(zhì)中的固定化，從而降低蛋白質(zhì)分子之間的相互作用,，從而防止其結(jié)構(gòu)的變化,。水置換機制是基于穩(wěn)定劑糖的羥基和蛋白質(zhì)的極性基團之間氫鍵的形成，在干燥過程中取代了水和蛋白質(zhì)之間的氫鍵,，從而允許保留蛋白質(zhì)分子的天然形式,。
2. 填充劑
填充劑能為凍干餅提供適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)，有助于凍干餅塊的適當形態(tài),，形成孔結(jié)構(gòu),，孔隙率是冷凍水升華的先決條件，較大的孔隙可以更快地升華,，因此可以減少初級干燥時間,。添加填充劑可實現(xiàn)更短的初級干燥（產(chǎn)品溫度Tp?Tg'或Tc）時間，可作為優(yōu)化生物制藥凍干過程的方法,。
3. 緩沖劑
緩沖劑的作用是將溶液的pH值維持在保持蛋白質(zhì)具有較好穩(wěn)定性的條件,。可根據(jù)蛋白質(zhì)的等電點選擇溶液的pH,，為了防止使用后的刺激,，疼痛和副作用，pH需要在人體生理可接受范圍內(nèi),。結(jié)合目前已上市的生物制劑以及相關(guān)研究,，生物蛋白質(zhì)藥物大多緩沖區(qū)間在pH4.6-8.2范圍內(nèi)。蛋白質(zhì)分子在凍干,、復(fù)溶和儲存過程中暴露于不同的降解條件,，因此選擇合適的緩沖液至關(guān)重要。
4. 表面活性劑
表面活性劑在蛋白質(zhì)制劑中的作用是通過表面活性劑吸附到蛋白質(zhì)表面的疏水區(qū)域或冰/空氣和水之間的界面來防止蛋白質(zhì)表面聚集,。表面活性劑增加了蛋白質(zhì)展開所需的自由能,，并降低了凍干和復(fù)溶過程中形成界面的表面張力。在復(fù)溶過程中,，有助于凍干餅塊的復(fù)溶,。
富睿捷原位凍干機Mercury系列0.1㎡、0.3㎡機型,，不僅可以做凍干處理,，還能真正實現(xiàn)整個凍干過程可控，使得樣品凍干效率更高,，能耗更低,，凍干的品質(zhì)更佳，樣品結(jié)果均一性高，凍干工藝的重復(fù)性好,。另外,，還可以實現(xiàn)凍干工藝的摸索，優(yōu)化,，放大工藝,，共晶點測試等。制冷系統(tǒng)采用自主研發(fā)混合制冷技術(shù),，可實現(xiàn)溫度更低,，穩(wěn)定性更好。不銹鋼冷阱的冷凝溫度低達-80°C左右,，凍干倉真空度可達 0.2Pa,。
原位凍干機優(yōu)勢：
■內(nèi)置直立式不銹鋼冷阱盤管，能夠更捕獲樣品凍干過程中升華的水汽,，使得凍干倉里的水汽更少,，避免水汽在凍干倉內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)，讓倉體內(nèi)的水汽液化成液滴附著在樣品,，整個過程是放熱反應(yīng),，如若處理不當會造成有些樣品融化、變質(zhì)或坍塌等,；
■標配高精度皮拉尼真空計,，保證真空度的準確性，能夠更好的完成凍干實驗,，最終實現(xiàn)品質(zhì),、效率，能耗的平衡,；
智慧化凍干終點判定系統(tǒng),，可以預(yù)判凍干完成時間點?？杀苊馔ㄟ^采樣檢測,，外掛檢測等方式判斷凍干是否完成，讓整個實驗過程省時,，省心,，省力。
■預(yù)凍溫度可達-76℃,，可充分保證樣品凍結(jié)狀態(tài),，做好樣品的預(yù)凍處理，也保證了諸如一些低共晶點樣品不會因為溫度不夠而融化或預(yù)凍不結(jié)實等問題,。
■隔板溫度范圍-55℃到55℃,；更大的溫度調(diào)控范圍,，為凍干曲線摸索和優(yōu)化，工藝放大提供便利條件,，提供更大范圍的凍干過程的隔板溫度調(diào)控,，實現(xiàn)凍干效率，包括探尋最佳的凍干曲線等,。
■隔板的溫差為±1℃，能夠保證均一性,，合格率更高,。
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