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如何实现单抗回收的最大化

Aude Iwaniec, Tom Watson, Kalliopi Zourna

August 20, 2020

自第一代单克隆抗体诞生后,单抗药物发展进入快速发展时期,即单抗药物发展的第二时代。经过40多年来抗体技术的不断完善,单抗药物的制备、研究和应用已逐步进入了健康发展的轨道。如今单抗药物已进入加速发展阶段,并在肿瘤、免疫系统疾病等领域的治疗上已取得重大进展。

 

单抗药物的剂量与浓度也随发展而演变,剂量体量变小,提高浓度的需求越来越多,如何保证单抗小剂量高浓度的除菌过滤呢?正是本文要探讨的话题。

 

 

高浓度的单抗制剂及其特性

 

单克隆抗体 (mAb)最早于 1980 年代作为治疗药物出现,静脉注射 (IV) 是单抗常用的给药途径。对于需要频繁给药的患者,需要考虑患者自己注射和使用预装的注射笔,而更倾向于采用1-1.5 mL 的皮下注射 (sub-C) 2。为制备小体量的皮下给药剂量,单抗制备的浓度通常需要高于 100 g/L,到达 250g/L3,4

 

在含有高浓度抗体和其他化合物的料液中,分子间的相互作用可能会造成影响,了解这些以及这将如何给包括过滤在内的下游处理带来怎样的影响,仍然具有挑战5。显然,当浓度大于 100 g/L 时,单抗分子之间的相互作用可导致粘度显著增加,与浓度成指数关系,并且料液的粘度在 20-60 cP (厘泊)6 之间。

 

为了确保成品药物的稳定制剂,一个典型的用于皮下注射的肠外单克隆抗体可能包含以下成分:

  • 表面活性剂(例如聚山梨醇酯 20、聚山梨醇酯 80、泊洛沙姆 188)
  • 降粘剂(如精氨酸、氯化钠)
  • 稳定剂(如蔗糖、海藻糖)
  • 缓冲液(例如磷酸盐、组氨酸、醋酸盐)
 
 

高浓度单克隆抗体的除菌过滤

 

在制备皮下注射单克隆抗体的过程中,通常会在原料药浓缩后,终端过滤前达到单克隆抗体的最高浓度。虽然在灌装前,单克隆抗体浓度一直保持较高水平,但会被缓冲液冲洗和制剂佐剂而稀释,浓度略有减少。

 

对高浓度的mAb 料液进行无菌过滤并不像过滤低浓度 mAb 料液那样容易。随着 mAb 浓度的增加,料液含量越高,会对过滤量造成影响7,而粘度高会影响过滤通量4。通常对传统意义上“小”批量体积使用大尺寸滤器来应对这两个问题。例如,一个 508 mm (20 in.) 的滤器用于 10 L 或 20 L的批量。

 

假设这些批量使用了一个相对较大的滤器,这可能会导致滤器兼容性问题。比如,大尺寸滤器对关键制剂组份的吸附或添加浸出物来会给关键质量属性 (CQAs) 什么样的影响?为此,膜与产品和辅料的相容性至关重要,且必须在滤器选择过程中进行评估3

 

此外,十分重要的是,大尺寸滤器会产生过多的滞留体积,导致价值高昂的料液滞留在设备的上游体积、膜和下游体积中。在一个封闭的过滤系统中,这些料液(以及在管路中的料液)很难被回收,而且其成本远高于传统的静脉注射药物。在生产中,几百毫升的滞留料液成本可达数千美元,如果按市场价值来评估的话,成本甚至更高。在工艺开发中,料液的缺失会影响临床试验阶段的产品得率。

 

而为了提高产品回收率,一般也会考虑采取类似于缓冲液冲洗或吹扫的措施,但由于它们会对系统完整性或过滤后料液的 CQAs(例如纯度、无菌性)造成潜在影响,因此在封闭系统中实施起来可能会很复杂。良好的系统设计可以减少不可回收液体的影响,并以更低的风险达到更高的产量,而除菌滤器的规格也是至关重要的。采用小尺寸的紧凑型过滤器可以提高产品产量,也可以避免使用大尺寸滤器时可能会出现的兼容性问题。

 

帮助客户应对并解决这些挑战正是我们工作。对于正处于开发或生产高浓度 mAb 药物过程中的客户,我们不仅能优化除菌过滤方案,还能够优化浓缩步骤后的工艺流程。我们的科学和实验室服务 (SLS) 和生物工艺专家 (BPS) 团队将很高兴为您提供所需的支持和专业知识,欢迎大家咨询。

 

 

References

 

1.       R. M. Lu, Y. C. Hwang, I. J. Liu, C. C. Lee, H. Z. Tsai, H. J.  Li, H. C. Wu. 2020. “Development of Therapeutic Antibodies for the Treatment of Diseases.” J Biomed Sci. 2;27(1):1. doi: 10.1186/s12929-019-0592-z. PMID: 31894001; PMCID: PMC6939334.

2.        A. Allmendinger, R. Mueller, J. Huwyler, H. C. Mahler, S. Fischer. 2015. “Sterile Filtration of Highly Concentrated Protein Formulations: Impact of Protein Concentration, Formulation Composition, and Filter Material.” J Pharm Sci. 104(10):3319-29. doi: 10.1002/jps.24561. Epub 2015 Jul 6. PMID: 26149748.

3.       J. X. Zhou, J. Qiu, G. Jiang, C. Zhou, N. Bingham, H. Yeung, B. Dransart, M.-V. Wadhwa, T. Tressel. 2008. “Non-specific Binding and Saturation of Polysorbate-20 with Aseptic Filter Membranes for drug Substance and Drug Product During mAb Production.” J. Memb. Sci., 325 (2008), pp. 735-741, 10.1016/J.MEMSCI.2008.08.046

4.       P. Garidel, A. B. Kuhn, L. V. Schäfer, A. R. Karow-Zwick, M. Blech. 2017. “High-concentration Protein Formulations: How High is High?.” Eur. J. Pharm. Biopharm, 119, pp. 353-360

5.        Z. Zhang, Y. Liu. 2017. “Recent Progresses of Understanding the Viscosity of Concentrated Protein Solutions.” Curr. Opin Chem Eng, 16, pp. 48-55

6.       S. Yadav, S. J. Shire, D.S. Kalonia. 2010. “Factors Affecting the Viscosity in High Concentration Solutions of Different Monoclonal Antibodies.” J. Pharm Sci, 99(12):4812-4829. doi:10.1002/jps.22190

7.       W. Wang, S. Nema, D. Teagarden. 2010. “Protein Aggregation – Pathways and Influencing Factors.” Int J Pharm,390(2):89-99. doi:10.1016/j.ijpharm.025 D. S. Tomar.

 

共同作者:Aude Iwaniec(二级研发工程师),Tom Watson(产品管理组长),Kalliopi Zourna

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