研发笔记分享：甘油对冻干制剂机械强度的影响

冷冻干燥（冻干）是提高蛋白质制剂和疫苗稳定性的常用方法。冷冻干燥过程比其他干燥方法更温和，但蛋白质配方中通常添加无定形糖类或聚合物，防止加工过程中的变性失活，还可以作为刚性基质，为干燥后产品提供物理稳定性。结晶填充剂如甘露醇也可以应用在冷冻干燥制剂中，有利于形成良好的外观和结构。

Micropress是一种可以现场定量测定冻干蛋糕强度和物理特性的仪器。有许多可选的参数和方法，Micropress将能够分析您的冷冻蛋糕结构。为您提供快速有效的批量筛选方法，节省人力物力。使用标准方法，可以在不到一分钟的时间内完成对每个冻干饼的分析。只需少量样品，Micropress就能够提供关键数据，以确定产品是否能够承受从生产现场到使用点的处理和运输的严酷条件。Micropress分析只会在冻干饼表面留下小的压痕，检测后的冻干饼仍可用于其他分析，如Karl-Fischer和DSC，以最少的样品获取更多信息。在接下来的研究中我们将借助到这一仪器↓↓↓

材料和方法

使用保守的冷冻干燥循环将64种含有不同浓度赋形剂的不同制剂（表1）进行冷冻干燥。

表1：配方组合列表

使用Micropress（图1）探测所得冷冻干燥饼的机械性能和坚固性，Micropress使用线性致动器轻轻压缩滤饼，同时用测压元件测量所施加的力。

冻干蛋糕配方

总共有64种制剂被冷冻干燥，其中一半含有1%（w/V）的BSA，另一半含有相同浓度的溶菌酶，溶于pH为7的6mM磷酸盐缓冲液中。这些蛋白与不同浓度的甘露醇、葡聚糖、蔗糖和甘油结合，如表1所示。在64种制剂中，有38种在保守的冷冻干燥循环中塌陷。

在-45℃的搁板温度下进行一次干燥，直到冰升华完成。除甘露醇含量高于2% (w/v)、蔗糖含量低于1% (w/v)的BSA制剂和葡聚糖含量为2% (w/v)和3% (w/v)、蔗糖含量为0% (w/v)和1% (w/v)、甘油含量为0.2% (w/v)的两种溶菌酶制剂外，甘油含量为0.2% (w/v)的制剂均发生塌陷。

Micropress测试结果

图3：1%BSA、2%甘露醇和1%蔗糖，增加甘油的浓度

图4：1%BSA和3%甘露醇，增加甘油的浓度

随着甘油浓度的增加，两种配方的平均最大应力和杨氏模量如图3和图4所示。随着甘油含量的增加，配方的最大应力增加，直到达到0.4%的甘油；然而，使用0.6%甘油时，观察到最大应力降低。相反，在含有1%BSA、2%甘露醇和1%蔗糖的配方中，当甘油含量>0.2%时，杨氏模量降低，表明硬度较低（弹性较大）。

图5：制剂的平均最大应力

如图5所示，对含有0%和0.2%甘油的几种配方的平均最大应力进行了比较。在所有配方中加入0.2%的甘油会增加冷冻干燥后配方的平均最大应力，前提是在冷冻干燥过程中不会塌陷。

图6：1%BSA，2%甘露醇，1%蔗糖应力应变曲线

当比较制剂的应力-应变曲线的形状时，观察到甘油的加入使得曲线更平滑，表明在如图6所示的饼状结构的压缩过程中没有微塌陷。

结论

通过Micropress研究了不同比例的多种赋形剂对两种蛋白质冻干制剂机械性能的影响。MICROPRESS能够清楚和定量的鉴定蛋糕的强度和硬度（杨氏模量）。该方法允许更精确的结果，因此更确定冻干饼在整个运输和处理过程中是否保持坚固。

研究发现，即使甘油的添加通常在冷冻干燥过程中对冷冻制剂的热性能具有负面影响，甘油也可以对最终冷冻干燥的饼状物的机械性能具有积极影响，只要它们在冷冻干燥过程本身期间不发生塌陷。

上述研究中所使用到的Micropress冻干饼强度测试仪为莱奥德创合作伙伴之一 —— 英国Biopharma公司旗下产品。除专业冻干服务及咨询外，莱奥德创还可为您提供：

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