上海繼譜真空冷凍干燥機(jī)17765156586

生物制劑凍干過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)有哪些？

生物制劑凍干過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)直接影響產(chǎn)品的活性保留,、穩(wěn)定性和質(zhì)量,，需通過(guò)工藝開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證精細(xì)控制,。

以下是**參數(shù)及其作用機(jī)制和優(yōu)化要點(diǎn)：

### 一、**預(yù)凍階段關(guān)鍵參數(shù)** ####

1. **預(yù)凍溫度** - **定義**：

物料凍結(jié)后的**終溫度,，需低于物料的**共晶點(diǎn)溫度**（溶液完全固化的溫度）,。

- **作用**：

- 確保物料完全凍結(jié)，避免干燥過(guò)程中出現(xiàn)“沸騰”（爆瓶）或溶質(zhì)遷移,。 - 低溫抑制生物分子活性損傷（如酶的構(gòu)象變化）,。

- **優(yōu)化要點(diǎn)**：

- 通過(guò)**差示掃描量熱法（DSC）**或**電阻法**測(cè)定物料的共晶點(diǎn)，預(yù)凍溫度需比共晶點(diǎn)低**5-10℃**（如共晶點(diǎn)為-20℃,，預(yù)凍溫度設(shè)為-25℃至-30℃）,。

- 對(duì)熱敏感的生物制劑（如mRNA疫苗），預(yù)凍溫度可低至**-40℃至-80℃**,，減少冰晶形成對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷,。

#### 2. **預(yù)凍速率** - **定義**：物料從室溫降至預(yù)凍溫度的降溫速度（單位：℃/min）。

- **作用**：

- **慢凍（0.1-1℃/min）**：

形成大冰晶,，可能刺破細(xì)胞或生物大分子（如病毒顆粒的脂質(zhì)膜）,，導(dǎo)致活性損失。 -

**快凍（5-10℃/min）**：

形成細(xì)小均勻的冰晶,，減少機(jī)械損傷,，適合細(xì)胞類制劑（如CAR-T細(xì)胞）。

- **優(yōu)化要點(diǎn)**：

- 蛋白質(zhì)類藥物通常采用**中等速率（1-5℃/min）**,，平衡冰晶大小與生產(chǎn)效率,； - 病毒疫苗（如流感疫苗）需**快速凍結(jié)**（＞5℃/min），避免病毒顆粒因冰晶擠壓導(dǎo)致抗原表位暴露,。 ### 二,、**一次干燥（升華干燥）關(guān)鍵參數(shù)** ####

1. **擱板溫度** - **定義**：

凍干機(jī)擱板提供的熱源溫度，決定物料中冰晶升華的速率,。

- **作用**：

- 溫度過(guò)低：升華速率慢,，延長(zhǎng)干燥時(shí)間,，可能導(dǎo)致微生物繁殖或活性成分緩慢降解；

- 溫度過(guò)高：超過(guò)物料的**崩解溫度**（物料表面冰晶未完全升華即開(kāi)始融化的溫度）,，引發(fā)塌陷,，堵塞多孔結(jié)構(gòu)，阻礙后續(xù)水分升華,。

- **優(yōu)化要點(diǎn)**：

- 通過(guò)**凍干顯微鏡（Lyophilization Microscopy, Lyo-Micro）**觀察物料的崩解溫度,，擱板溫度需設(shè)定為崩解溫度以下**5-10℃**。

- 典型范圍：蛋白質(zhì)類制劑**-15℃至-5℃**,，疫苗類**-20℃至-10℃**。 ####

2. **真空度** - **定義**：

凍干腔體內(nèi)的壓力（單位：Pa）,，需低于物料中冰的**飽和蒸氣壓**（如0℃時(shí)冰的飽和蒸氣壓為611Pa）,。

- **作用**：

- 真空度不足（如＞50Pa）：冰的升華驅(qū)動(dòng)力不足，干燥速率下降,，活性成分在高溫下暴露時(shí)間延長(zhǎng),；

- 真空度過(guò)低（如＜10Pa）：可能導(dǎo)致物料溫度過(guò)低，升華速率受限,，且增加設(shè)備能耗,。

- **優(yōu)化要點(diǎn)**：

- 常規(guī)生物制劑控制在**10-30Pa**；對(duì)熱敏感的制劑（如酶制劑）可降低至**5-10Pa**,，減少熱輸入,。

- 通過(guò)調(diào)節(jié)真空泵抽氣速率和冷凝器溫度（通常-40℃至-80℃）維持目標(biāo)真空度。

#### 3. **干燥時(shí)間**

- **定義**：

一次干燥持續(xù)的時(shí)間,，取決于物料厚度,、裝量和冰晶升華速率。

- **作用**： - 時(shí)間不足：物料內(nèi)部殘留冰晶,，導(dǎo)致二次干燥時(shí)水分遷移困難,，成品含水量過(guò)高（＞3%），易滋生微生物或引發(fā)活性成分吸濕降解,；

- 時(shí)間過(guò)長(zhǎng)：可能導(dǎo)致保護(hù)劑（如蔗糖）過(guò)度干燥,，形成剛性基質(zhì)，增加復(fù)溶難度,。

- **優(yōu)化要點(diǎn)**：

- 通過(guò)**在線稱重法**監(jiān)測(cè)物料重量變化,，當(dāng)重量不再下降（即冰晶完全升華）時(shí)，一次干燥結(jié)束（通常需**12-48小時(shí)**,，視裝量而定）,。

### 三、**二次干燥（解吸干燥）關(guān)鍵參數(shù)** ####

1. **擱板溫度** - **定義**：

一次干燥結(jié)束后,，逐步升高的擱板溫度,，用于去除物料中殘留的結(jié)合水,。

- **作用**：

- 低溫（如20℃）：適合對(duì)熱極敏感的制劑（如某些基因***藥物），但干燥時(shí)間長(zhǎng),；

- 高溫（如40℃）：加速水分去除,，但可能導(dǎo)致保護(hù)劑結(jié)晶（如甘露醇結(jié)晶）或活性成分熱降解。

- **優(yōu)化要點(diǎn)**：

- 蛋白質(zhì)類制劑通常設(shè)定為**25-35℃**,，疫苗類**30-40℃**,；

- 通過(guò)**動(dòng)態(tài)水蒸氣吸附法（DVS）**測(cè)定物料的**臨界水分含量**，當(dāng)殘留水分降至臨界值以下時(shí),，停止加熱,。

#### 2. **殘留水分含量** - **定義**：凍干后物料中的水分占比（通常以質(zhì)量分?jǐn)?shù)%表示）。

- **作用**： - 過(guò)高（＞3%）：

可能導(dǎo)致：

? 保護(hù)劑吸潮失效,，活性成分重新接觸水分子引發(fā)降解,；

? 微生物生長(zhǎng)（如霉菌在水分活度＞0.6時(shí)繁殖）。

- 過(guò)低（＜1%）：

可能導(dǎo)致保護(hù)劑過(guò)度干燥,，破壞玻璃態(tài)基質(zhì),，使活性成分暴露于氧氣中。

- **優(yōu)化目標(biāo)**：

- 大多數(shù)生物制劑控制在**1%-3%**,； - 酶制劑,、疫苗等對(duì)水分敏感的產(chǎn)品可控制在**1%-2%**，通過(guò)**卡爾·費(fèi)休滴定法**精確測(cè)定,。

### 四,、**保護(hù)劑相關(guān)參數(shù)** ####

1. **保護(hù)劑種類與濃度** - **作用**： - **低溫保護(hù)**：如蔗糖、海藻糖通過(guò)氫鍵替代水分子,，穩(wěn)定生物分子構(gòu)象,；

- **凍干支撐**：如甘露醇、氯化鈉形成剛性骨架,，防止物料塌陷,。

- **優(yōu)化要點(diǎn)**：

- 蛋白質(zhì)類：常用**5%-10%蔗糖+2%-5%甘露醇**；

- 病毒類：

**10%-15%海藻糖+3%-5%谷氨酸鈉**,，增強(qiáng)包膜穩(wěn)定性,。

#### 2. **溶液pH值** - **作用**：

- 偏離等電點(diǎn)可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集（如IgG在pH 4.5時(shí)易聚集）； - 極端pH可能引發(fā)化學(xué)鍵斷裂（如多肽在酸性條件下水解）,。

- **優(yōu)化目標(biāo)**：

- 調(diào)節(jié)至生物分子的**穩(wěn)定pH范圍**（如單抗通常為pH 6.5-7.5）,，通過(guò)緩沖體系（如磷酸鹽、組氨酸）維持,。

### 五,、**其他關(guān)鍵參數(shù)** ####

1. **物料厚度** - **定義**：凍干瓶中物料的高度（通常＜2cm）。

- **影響**：

- 厚度過(guò)大：內(nèi)部水分?jǐn)U散路徑長(zhǎng),，干燥時(shí)間延長(zhǎng),，且可能導(dǎo)致上下層水分分布不均,；

- 優(yōu)化目標(biāo)：控制在**1-1.5cm**，兼顧生產(chǎn)效率與干燥均勻性,。 ####

2. **裝量一致性** - **影響**： - 裝量差異大可能導(dǎo)致不同批次間干燥時(shí)間不一致,，影響活性均一性；

- 優(yōu)化方法：采用高精度分裝設(shè)備（誤差＜±1%）,，確保每瓶物料量一致,。

### 六、**參數(shù)監(jiān)控與工藝驗(yàn)證**

1. **在線監(jiān)測(cè)工具**：

- **熱電偶**：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物料溫度,，確保不超過(guò)崩解溫度,；

- **真空傳感器**：動(dòng)態(tài)顯示腔體壓力，及時(shí)調(diào)整抽氣速率,；

- **近紅外光譜（NIR）**：

在線分析水分含量,，預(yù)測(cè)干燥終點(diǎn)。

2. **工藝驗(yàn)證要求**：

- 通過(guò)**設(shè)計(jì)空間（Design Space）**評(píng)估參數(shù)波動(dòng)范圍（如擱板溫度±2℃,、真空度±5Pa）；

- 進(jìn)行**強(qiáng)制降解試驗(yàn)**（如高溫,、高濕加速測(cè)試）,，驗(yàn)證凍干產(chǎn)品在極端條件下的活性穩(wěn)定性。

### 總結(jié) 生物制劑凍干是一個(gè)多參數(shù)協(xié)同作用的復(fù)雜過(guò)程,，**目標(biāo)是在**比較大化活性保留**與**高效生產(chǎn)**之間取得平衡,。通過(guò)精細(xì)調(diào)控預(yù)凍溫度、干燥速率,、保護(hù)劑配方等關(guān)鍵參數(shù),，并結(jié)合智能化在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)凍干工藝的穩(wěn)健性與產(chǎn)品質(zhì)量的均一性,，為**生物藥的商業(yè)化生產(chǎn)提供可靠保障,。