English
首頁 > 關(guān)于德祥 > 新聞動態(tài) > 納米遞送系統(tǒng)研究:凍干技術(shù)如何讓mRNA贏在起跑線?
納米遞送系統(tǒng)研究:凍干技術(shù)如何讓mRNA贏在起跑線?


615日,蓋茨基金會聯(lián)席主席比爾?蓋茨在京訪問 GHDDI,并發(fā)表題為以創(chuàng)新之力,應(yīng)對全球挑戰(zhàn)的主旨演講,并表示:mRNA 疫苗技術(shù)使預(yù)防結(jié)核病和瘧疾等疾病的疫苗成為可能。”mRNA疫苗的發(fā)展也得益于凍干技術(shù)這一領(lǐng)域的突破性應(yīng)用。


 

(來源:以創(chuàng)新之力,應(yīng)對全球挑戰(zhàn)的主旨演講)


疫苗可以說仍是mRNA賽道上目前最主要的一大研發(fā)方向,而在此之外,逐漸成熟的mRNA技術(shù)也被應(yīng)用于其他藥物領(lǐng)域,包括細(xì)胞與基因治療、抗體藥物、蛋白替代療法等,


具體如下:

→  mRNA+疫苗

→  mRNA+細(xì)胞療法

→  mRNA+基因編輯

→  mRNA+蛋白代替療法

→  mRNA+抗體

→  mRNA+免疫刺激蛋白



mRNA技術(shù)核心離不開納米顆粒

預(yù)防傳染性疾病絕不是mRNA的全部使命,用mRNA技術(shù)攻克腫瘤才是各大巨頭接下來的主戰(zhàn)場。mRNA技術(shù)正在向各個領(lǐng)域滲透,帶來新的變革。作為mRNA技術(shù)核心的藥物遞送系統(tǒng)繞不開納米顆粒。

美國國家科學(xué)技術(shù)委員會(NSTC)早在2000年啟動了國家納米技術(shù)計(jì)劃(NNI),并為該領(lǐng)域提出了明確的計(jì)劃和重大挑戰(zhàn),納米顆粒(nanoparticles)占據(jù)了該計(jì)劃的很大一部分。納米顆??梢蕴岣弑环庋b貨物的穩(wěn)定性和溶解度,促進(jìn)跨膜運(yùn)輸,延長循環(huán)時間,從而提高安全性和有效性。由于這些原因,納米顆粒的研究已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在癌癥醫(yī)學(xué)、免疫治療和體內(nèi)基因編輯中。

 

納米顆粒遞送mRNA用于蛋白質(zhì)替代療法、基因組編輯和mRNA疫苗(參考資料1[1]


納米顆粒極其多樣化,從固體脂質(zhì)結(jié)構(gòu)到脂質(zhì)體,甚至是包含金/二氧化硅顆粒的設(shè)計(jì)。納米顆粒最近的作用之一是提供癌癥治療的藥物。它們的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)通常是基于核殼的,藥物被納米顆粒包裹并運(yùn)輸?shù)饺?。這些藥物可以直接指向身體的特定區(qū)域,降低毒性,提高藥物的有效性。使用脂質(zhì)納米顆粒 (LNPs) 包裹SARS- CoV-2 mRNA,作為最近開發(fā)的幾種COVID疫苗的基礎(chǔ)。

大多數(shù)納米顆粒配方都是在溶液中,尺寸分布不均。這些納米懸浮液可能是不穩(wěn)定的,并受到沉降、團(tuán)聚、晶體生長或化學(xué)反應(yīng)等問題的影響。凍干可以增加這些顆粒的穩(wěn)定性,這也有利于在其中加入的藥品的穩(wěn)定性。

美國康涅狄格大學(xué)Xiuling Lu博士對此曾進(jìn)行了一場網(wǎng)絡(luò)研討會專題演講并描述了冷凍干燥納米顆粒的挑戰(zhàn)以及如何與Robin Bogner博士合作,她的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并評估了凍干LNPs的解決方案。這份凍干技術(shù)報告總結(jié)了網(wǎng)絡(luò)研討會。

我們還在下文為大家推薦了幾款國際大廠都在采用的進(jìn)口凍干機(jī)設(shè)備,以供參考。


凍干的挑戰(zhàn)

冷凍干燥過程中存在許多挑戰(zhàn),其中一些是由于冷凍過程中冰的形成,會導(dǎo)致顆粒聚集或納米顆粒的結(jié)構(gòu)損傷。所得到的餅形態(tài)在循環(huán)開發(fā)過程中對特定的玻璃化轉(zhuǎn)變和塌陷溫度(分別為Tg’Tc)也很敏感。即使在凍干燥工藝優(yōu)化后,也需要考慮重構(gòu)時間,方便最終用戶給藥。

通過評估和優(yōu)化這些參數(shù)以及使用凍干保護(hù)劑,可以改善每種納米顆粒和藥物的凍干條件。理想情況下,最佳的凍干產(chǎn)品將表現(xiàn)出優(yōu)雅的餅狀形態(tài),不會坍塌,保持納米顆粒的結(jié)構(gòu)和藥物包封,含有低水分 (<2%) 可以長期穩(wěn)定,并在短時間內(nèi)重構(gòu)。


Lu博士研究了三種不同納米顆粒的冷凍干燥條件:

· 固體脂質(zhì)納米顆粒(SLNs)

· 聚合物納米顆粒(PNs)

· 脂質(zhì)體(Lipos)

在研究配方和冷凍條件對納米顆粒質(zhì)量的影響以及最終產(chǎn)品的長期穩(wěn)定性之前,用一系列凍干保護(hù)劑測定了三種納米顆粒的Tg’Tc。

 

這些實(shí)驗(yàn)采用帶ControLyo? 技術(shù)的SP LyoStar3冷凍干燥機(jī),使冰成核得到控制,所有小瓶同時凍冷成核。


配方的影響

比較了三種凍干保護(hù)劑對凍干納米顆粒 (SLNsPNsLipos) 的保存效果:

1. 蔗糖 (15110)

2. 海藻糖 (15110)

3. 甘露醇 (15110)

添加任何一種保護(hù)劑都沒有導(dǎo)致蛋糕形態(tài)的顯著變化, 在任何小瓶中都沒有產(chǎn)生合理的蛋糕。然而,有證據(jù)表明在一些小瓶中會收縮,特別是沒有凍干保護(hù)劑的脂質(zhì)體。

雖然凍干蛋糕的優(yōu)雅性相似,但通過添加凍干保護(hù)劑,大大減少了重構(gòu)時間。在PNs中,甘露醇 (15110) 將這次時間從35分鐘減少到5 min以下 (1)


 

1:添加凍干保護(hù)劑對重構(gòu)時間的影響


我們還通過測量冷凍干燥前后的顆粒大小和均勻性 (多分散性指數(shù),PDI) 來評估納米顆粒的成功凍干。凍干保護(hù)劑能保持SLNsLipos的顆粒大小,其中蔗糖和海藻糖比甘露醇更有效。在PNs中,添加或不添加凍干保護(hù)劑對顆粒大小影響不大。PNs配方中存在的聚乙烯醇(PVA)可能提供一定的聚集保護(hù)。蔗糖和海藻糖是保持顆粒大小和改善粒徑分布最有效的凍干保護(hù)劑。SLNsLipos需要凍干保護(hù)劑來維持尺寸分布,而PNs需要凍干保護(hù)劑來縮短重構(gòu)時間。


凍結(jié)條件的影響

冷凍是凍干過程中的一個關(guān)鍵步驟。由于不受控制的凍結(jié) ,可能會出現(xiàn)許多問題,如批次內(nèi)冰晶大小的不均勻性, 以及由微小冰晶造成的更高的塌陷風(fēng)險。

ControLyo? 是一種控制成核的技術(shù),實(shí)現(xiàn)更高的成核溫度,產(chǎn)生更大的晶體,從而加快初級干燥時間。

在本研究中,我們比較了不同冷凍條件對每種納米顆粒的影響。

1. 無控制的冰成核:冷卻速率為1℃/min-40℃;

2. 快速凍結(jié):將顆粒浸入液氮中,然后放入冷凍干燥機(jī)進(jìn)行干燥;

3. 慢速凍結(jié):使用ControLyo?-4℃,冷卻速度0.2℃/ min-40℃;

4. 控制成核:使用ControLyo?-4℃-8℃控制冰成核,冷卻速率為1℃/min-40℃。

在快速凍結(jié)條件下,所有產(chǎn)品均出現(xiàn)極嚴(yán)重的裂紋,不含凍干保護(hù)劑的 Lipos均發(fā)生塌陷。不受控制的冰成核也產(chǎn)生了顯著的蛋糕收縮。慢速冷凍是唯一一種能同時增加含凍干保護(hù)劑的SLNs Lipos 的粒徑和均勻性(PDI)的冷凍條件(2)。然而,慢速冷凍并不會影響PNs的粒徑或粒徑分布,可能是由于PVA的存在,如前所述。


 

2:冷凍條件的影響:結(jié)果固體脂質(zhì)納米顆粒


冷凍條件也不影響所有納米顆粒的重構(gòu)時間和剩余水分含量,盡管添加有效的冷凍保護(hù)劑降低了所有納米顆粒的這兩個參數(shù)。

無菌潔凈室的冰成核溫度一般較低,因?yàn)榭刂频沫h(huán)境符合ISO 5A級分類。


長期穩(wěn)定性

比較了不同的儲存條件,以確定納米顆粒的長期穩(wěn)定性。

1.液體配方在室溫 (RT)

2.液體配方在4℃

3.未控制冰成核的凍干產(chǎn)品在室溫(RT)

4.控制冰成核的凍干產(chǎn)品在室溫(RT)

在室溫(RT)下以液體形式儲存SLNs,在10天內(nèi)顯著增大了100%的粒徑(3),并迅速提高了PDI。在4℃的冰箱中儲存SLNs稍微好一些,三個月時觀察到顆粒大小增加了100%。通過冷凍干燥,該納米顆粒的儲存得到了顯著改善。而當(dāng)使用Controlyo控制成核方法時,3個月后顆粒尺寸沒有變化。目前還沒有Lipos的數(shù)據(jù)。


 

3:不同冷凍干燥和儲存條件下SLNs的平均粒徑變化


相比之下,PNs的大小和均勻性不受任何存儲條件的顯著影響,因?yàn)樗鼈冊谒袟l件下都相對穩(wěn)定。


總結(jié)

-4℃-8℃下控制冰成核的冷凍干燥納米顆??梢蕴峁└玫娘炐螒B(tài)而不塌陷,凍干保護(hù)劑能夠保存顆粒大小,改善顆粒均勻性,并縮短重建時間。然而,這些條件在不同的納米顆粒之間是不同的,所以單獨(dú)優(yōu)化每個產(chǎn)品是很重要的,而不是假設(shè)條件是可互換的。

由于冷凍干燥產(chǎn)品的主要原因是增加長期穩(wěn)定性和解決冷鏈運(yùn)輸?shù)碾y題,因此仔細(xì)評估每個納米顆粒的凍干條件最終將有利于許多藥物和疫苗產(chǎn)品的生產(chǎn)和儲存能力。


凍干設(shè)備推薦

 

德祥旗下SP品牌的SP Hull LyoStar 4.0凍干設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造旨在加快生物制藥產(chǎn)品的上市速度,代表了凍干機(jī)工程的重大進(jìn)步。LyoStar 4.0是一款中試規(guī)模的凍干機(jī),基于全尺寸生產(chǎn)冷凍干燥機(jī)而設(shè)計(jì),支持快速擴(kuò)大規(guī)模,提供卓越的層板溫度控制,快速層板降溫,無與倫比的過程準(zhǔn)確性和可靠性。它還包括一套尖端的過程分析技術(shù)(PAT)工具:Smart 全自動凍干藝開發(fā)與優(yōu)化技術(shù),Controlyo 晶核控制技術(shù),TDLAS水蒸氣實(shí)時檢測技術(shù)等等,擴(kuò)展了SP Line of Sight? 技術(shù),克服了在生物制品開發(fā)、擴(kuò)大規(guī)模和制造過程中的關(guān)鍵凍干挑戰(zhàn)。此外,LyoStar 4.0使用了一種更環(huán)保的冷凍氣體,減少了凍干過程中的碳排放量。


SP Scientific

SP Scientific公司旗下的VirTis公司是一家凍干機(jī)的生產(chǎn)廠家,其成立于1953年,是世界上歷史悠久的冷凍干燥機(jī)制造商之一,該公司被認(rèn)為擁有強(qiáng)大的冷凍干燥技術(shù),能完善的開拓和研究工業(yè)冷凍干燥所需要的技術(shù)。美國FTS公司致力于制造冷凍干燥機(jī)的溫度控制和管理系統(tǒng)及高端智能型凍干機(jī)。美國Hull公司是有近六十年的生產(chǎn)歷史,是專業(yè)產(chǎn)業(yè)型凍干機(jī)的品牌,在國際生物及制藥行業(yè)中有著重大的影響力。

SP 公司融合了VirTis、 FTSHull三個專業(yè)的凍干機(jī)品牌,可提供實(shí)驗(yàn)室系列凍干機(jī),制備系列凍干機(jī),藥品研發(fā)型凍干機(jī),中試生產(chǎn)型凍干機(jī),小型生產(chǎn)型凍干機(jī),產(chǎn)業(yè)型凍干機(jī),通用型凍干機(jī)等七大系列,19大類,近52個機(jī)型,可滿足用戶的多種需求。SP Scientific公司所有的產(chǎn)品均通過ISO 9001:2000質(zhì)量管理體系認(rèn)證。



上一篇:如何高效檢測發(fā)動機(jī)冷卻液的沸點(diǎn)?