Стабильность важна независимо от того, пытаетесь ли вы построить замок из песка, ядерный реактор, новые отношения или новую белковую лекарственную форму! Итак, это обещанное продолжение моей серии постов о готовых формах белков, в которой я углублюсь в методы распылительной и лиофильной сушки в применении к белкам и пептидам. В этом посте вы узнаете больше о том, как использовать эти методы для получения стабильной белковой лекарственной формы.

Недавно я смотрел документальный фильм об устойчивых искусственных сооружениях, таких как плотина Гувера и башня Торре-Майор. Оказывается, башня Торре-Майор не просто пережила землетрясение силой 7,6 балла в 2003 году, сотрудники внутри нее даже не заметили подземных толчков.

Устойчивость любят не только инженеры, но и ученые. Если уж мы беремся за эту работу, то, по крайней мере, продукт должен быть устойчивым, верно? Я мог бы обсудить стабильность в любой области исследований, но поскольку я затронул белковые лекарственные формы в своем последнем посте в блоге, мне хотелось бы продолжить эту тему и дать вам еще несколько советов о том, как использовать распылительную сушку и лиофильную сушку для оптимизации вашей белковой лекарственной формы.

Всякий раз, когда мы высушиваем белковую лекарственную форму, мы, подобно инженерам и строителям, в основном озабочены достижением долгосрочной стабильности. Обычно мы можем создавать лекарственные формы для небольших молекул без вспомогательных веществ, поскольку содержание влаги в них может быть достаточно низким для того, чтобы состав оставался стабильным в течение длительных периодов времени.

С другой стороны, белки более лабильны, чем пептиды. Их стабильность напрямую зависит от их конформационной структуры и содержания воды в белковой лекарственной форме. Белкам нужна вода, чтобы избежать денатурации, поэтому состав белковой лекарственной формы должен быть оптимизирован, а процесс сушки должен контролироваться должным образом, чтобы избежать проблем со стабильностью. В некоторых случаях белки могут даже стать нестабильными во время процесса сушки, однако, если не происходит необратимой реакции, такой как агрегация, белок после восстановления может полностью восстановить свою конформацию и проявлять надлежащую фармацевтическую стабильность.

Хорошо продуманная рецептура учитывает специфичность молекулы, напряжения в процессе высыхания, метод производства и очистки белка и пути деградации молекулы. А также, конечно же, параметры метода, используемого для приготовления белковой лекарственной формы:

Приготовление белковой лекарственной формы с помощью распылительной сушки

Результаты при использовании метода распылительной сушки во многом зависят от свойств материала, конструкции оборудования и параметров процесса. Эти факторы влияют на качество конечного продукта с точки зрения:

• морфологии
• остаточной влажности
• размера частиц

Чтобы уменьшить термическую деградацию белка или пептида в вашей белковой лекарственной форме, вам необходимо в основном сосредоточиться на температуре и времени высушивания. Температура на выходе — это максимальная температура продукта или температура, в которой молекула находится дольше всего. Таким образом, этот параметр является ключевым для предотвращения термической деградации.

Если температура на выходе ниже температуры разложения белка, материал будет подвергаться меньшему термическому разложению. Но слишком низкая температура на выходе может привести к сокращению срока хранения из-за увеличения содержания остаточной воды. Важно найти идеальную температуру на выходе, при которой можно получить продукт в виде сухого порошка, не вызывая деградации белковой лекарственной формы.

Как правило, распылительная сушка белков, используемых в качестве биофармацевтических препаратов, осуществляется при температуре на выходе ниже 100⁰C с очень низкой скоростью подачи.

Время пребывания важно для сведения к минимуму термического разложения термочувствительных материалов. Мелкие частицы с высоким содержанием поверхностной влаги склонны к легкому испарению, поэтому им требуется короткое время пребывания. В случае от мелких до полугрубых частиц аэрозоля, для которых требуется низкое содержание влаги, необходимо использовать среднее время пребывания, в то время как аэрозоли с более крупными частицами, для которых нужно еще более низкое содержание остаточной влаги, требуют самого длительного времени пребывания.

Время, необходимое для испарения капли чистой воды, составляет 0,03 с для капли размером 10 мкм и 3 с для капли размером 100 мкм.

Обычно время пребывания в лабораторной распылительной сушилке для белковой лекарственной формы лежит в диапазоне от 0,2 до 0,35 с. Время пребывания определяется объемом сушильной камеры и расходом сушильного газа. Поскольку объем сушильной камеры постоянный, можно регулировать только расход газа. Однако большинство распылительных сушилок работают с максимальным расходом сушильного газа, чтобы обеспечить максимальную производительность.

Приготовление белковой лекарственной формы с помощью лиофильной сушки.

Наиболее важным этапом процесса лиофильной сушки является заморозка, поскольку она определяет микроструктуру высушенного продукта. Замораживать продукт нужно при температуре, достаточно низкой для полного затвердевания продукта. Большинство жидких продуктов, включая белковые лекарственные формы, замерзают, образуя кристаллы льда. Размер и форма кристаллов льда зависят от скорости охлаждения и определяют способность частиц к лиофилизации.

Быстрое охлаждение приводит к образованию мелких кристаллов льда, тогда как более медленное охлаждение приводит к образованию более крупных кристаллов. Что касается процесса лиофилизации, более мелкие кристаллы льда труднее удалить из продукта, чем более крупные. В то же время температура замерзания белковой лекарственной смеси определяется ее характеристиками и составом.

Как правило, лекарственные формы можно замораживать двумя различными способами. Эвтектические смеси содержат вещества, замерзающие при более низких температурах, чем окружающая их вода. При охлаждении эвтектической смеси вода первой отделяется от веществ, превращаясь в лед. Белковая лекарственная форма может казаться замороженной, но некоторые вещества еще остаются жидкими. Они образуют концентрированные области, которые со временем замерзают при температурах ниже точки замерзания воды.

Температура, при которой все компоненты смеси замерзают должным образом, называется температурой эвтектики. Это критическая температура для белковой лекарственной формы и максимальная температура, которую она может выдержать в процессе лиофилизации.

Применение вакуума к не полностью замороженной эвтектической смеси может привести к разрушению продукта, поскольку незамерзшие компоненты расширяются при помещении в вакуум.

Другой класс смесей превращается при замораживании в аморфное и стеклообразное состояние. С понижением температуры белковая лекарственная форма становится более вязкой и в конечном итоге замерзает до стеклообразного твердого состояния в точке стеклования. Для аморфных продуктов критическая точка с точки зрения стабильности называется температурой коллапса. Температура коллапса обычно немного ниже температуры стеклования. Аморфные продукты, как правило, очень сложно поддаются лиофильной сушке.

Белки представляют собой молекулы с относительно высокой температурой стеклования, поэтому их легко заморозить и высушить. При замораживании создается окончательная структура, в которую будет встроен белок. Если структура неправильная, белок будет заперт в неправильной конформации и потенциально может потерять активность. В связи с этим важно оценить метод замораживания (медленный или быстрый) и его влияние на целостность белка.

Для первичной сушки обычно можно разработать цикл с использованием информации о температуре стеклования, чтобы определить температуру полки и давление в камере. Продолжительность этапа можно определить с помощью таких инструментов, как определение конечной точки (температура и давление) или научных знаний.

В то время как цикл первичной сушки разрабатывается с помощью информации о термических характеристиках молекулы, цикл вторичной сушки разрабатывается с использованием информации о термической стабильности молекулы.

Температура полки и продолжительность процесса могут повлиять на активность продукта. Вторичная сушка также определяет уровень остаточной влаги в продукте и, следовательно, его стабильность и срок годности. Остаточная вода может усилить реакции деградации в течение срока годности продукта и должна поддерживаться на низком уровне, обычно ниже 3%.

Советы для получения белковой лекарственной формы

• Белки и пептиды следует хранить при температуре -80⁰C или на льду, замораживание при -20⁰C не рекомендуется. Перед хранением следует отфильтровать очищенные белки. Быстрое замораживание с использованием смеси сухого льда и этанола предпочтительнее медленного замораживания при -20⁰C. Для повышения стабильности при хранении, циклах замораживания и оттаивания рассмотрите возможность добавления в смесь сахарозы или глицерина. Будьте осторожны при выборе растворителя белка и по возможности используйте защитные средства, такие как трегалоза, для стабилизации молекул и сохранения их функциональной активности.
• Определите температуру разложения вашего белка, если это возможно. Также попробуйте определить температуру стеклования вашей белковой лекарственной формы (белок + вспомогательные вещества).
• Используйте сахар и сахарные добавки в лекарственной форме белка, чтобы защитить высушенные с помощью распылительной сушки и лиофильной сушки белки от дегидратации и теплового воздействия.
• Подумайте, подходит ли состав вашей белковой лекарственной формы для выбранного метода сушки. Очень сложно разработать цикл лиофильной сушки для белковой лекарственной формы, которая не очень подходит для лиофильной сушки. Например, чрезвычайно трудно поддаются лиофилизации белки в фосфатно-солевом буфере.
• Разработайте и оптимизируйте цикл лиофильной сушки для каждого продукта. Один цикл не подходит для всех продуктов.
• Методы замораживания, используемые перед лиофилизацией, могут существенно повлиять на структуру образующегося льда, от которой зависят поток водяного пара как при первичной сушке, так и в конечном продукте. Старайтесь контролировать процесс замерзания раствора, чтобы сократить время лиофилизации и получить более стабильные белковые лекарственные формы.

Попробуйте применить знания и советы из этого поста, и мы увидим, прослужат ли ваши белковые лекарственные формы дольше, чем плотина Гувера! А если вам нужна дополнительная поддержка, обратитесь к бесплатному Руководству по распылительной сушке, чтобы получить дополнительные советы по лекарственным формам.

До новых встреч,