生物制劑對溫度變化特別敏感，需要特定的儲存條件才能長期保持其生物活性。試劑脫水處理降低了溫度敏感性，驅(qū)動凍干珠技術在診斷試劑和制藥領域不斷發(fā)展。

英國Biopharma Group技術業(yè)務經(jīng)理Mattia Cassanelli博士在網(wǎng)絡研討會上介紹了LyoBead技術在診斷和制藥領域的應用，并介紹了凍干珠在不同領域的應用。

1、什么是LyoBeads？

凍干珠（LyoBeads）是定制化的凍干球體，每單位凍干珠含有特定含量的物料。

在制藥和診斷行業(yè)中十分常見的是PCR預混試劑凍干珠，其能夠在室溫下長期存儲。也被用于微流體、藥物輸送和細菌的凍干，滿足市場需求的增長。

2、為什么使用LyoBeads？

凍干珠的主要好處是便于使用。開發(fā)一種配方，可在不同的溫度或不同的容器中進行多種應用，減少研發(fā)投資。

凍干珠性質(zhì)穩(wěn)定，可以在凍干機上高量生產(chǎn)，包裝前可散裝存儲。

在凍干后，球形的凍干珠表面積最大化，復水時間也可以縮短。

3、LyoBeads在研發(fā)中的應用

在對凍干珠的配方進行篩選時，有三個主要測試階段：相容性、初篩選和復篩選。

作為相容性步驟的一部分，根據(jù)經(jīng)驗和初始熱分析結(jié)果，建議選擇多達30種輔料。然后對這些賦形劑進行測試，以檢查其在液體狀態(tài)下的相容性，使得不會發(fā)生干擾。

從這些最初的測試中，選出一些有希望的候選液體配方進行凍干。所有候選配方都使用相同的冷凍干燥循環(huán)處理。樣品在相同的工藝條件下進行比較。對最優(yōu)的干燥產(chǎn)品進行表征。

在某些情況下，統(tǒng)計分析方法(實驗設計DoE)可擴展配方候選列表，以確定基于特定參數(shù)的理想配方，如活性藥物成分(API)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg’)、凍干珠的機械性能和凍干后的產(chǎn)品活性。遵從法規(guī)定義設計空間，確定每個批次的理想凍干條件。

研發(fā)出LyoBead配方，就可以擴大生產(chǎn)規(guī)模。

4、案例研究

診斷試劑-PCR技術

本研究旨在延長已開發(fā)的COVID-19檢測PCR檢測的液體制劑的保質(zhì)期。試劑需要在室溫下以高通量（96孔格式）儲存，并且其反應質(zhì)量不受影響。此外，還需要考慮在短時間內(nèi)提高產(chǎn)量。

使用冷凍干燥顯微鏡對液體制劑進行熱分析，逐漸升高溫度，直觀地確定塌陷點。使用Lyotherm（BioPharma Group）的進一步分析，結(jié)合電阻抗和差熱分析（DTA），確定配方的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

基于以上熱分析結(jié)果，將酶、緩沖液、引物、探針等一起配置凍干珠溶液配方，并采用相容性、初篩、復篩的方式確定理想配方成分。

目測評估珠粒的形態(tài)和精致度，隨后通過改進的差示掃描量熱法（DSC）進一步表征產(chǎn)物的熱性能。

為了了解產(chǎn)品在儲存過程中的表現(xiàn)，需評估吸濕性及機械穩(wěn)定性。

                               圖1：研發(fā)-PCR凍干珠

動態(tài)水分吸附（DVS）測量樣品在給定溫度下吸附水分的情況，并將指示產(chǎn)品在特點情況下可以儲存多長時間。

凍干產(chǎn)品在儲存和運輸過程中會受到機械應力。使用MicroPress (Biopharma Group)對凍干蛋糕施加控制壓力，可以測量凍干珠在不被破壞的情況下承受的應變百分比。用曲線上的斷點來形象地說明這一點，這些斷點表明產(chǎn)品是易碎的。

                 圖2：研發(fā)-LyoBeads的機械性能

然后評估穩(wěn)健的產(chǎn)品復水性。冷凍干燥的產(chǎn)品可以更快更容易地復水，因為凍干過程會留下微小的孔隙?？梢酝ㄟ^電子顯微鏡檢查這些孔的大小、分布和連通。

總之，根據(jù)上述研究，測試并比較了幾個用于COVID19 PCR檢測的候選物。在確定了主要候選產(chǎn)品并優(yōu)化了循環(huán)條件后，對幾個批次進行了驗證，確認了可用于商業(yè)用途的理想凍干珠產(chǎn)品。

生物制品-細菌疫苗

在這項研究中，目標是開發(fā)一種含有滅活的革蘭氏陰性菌的口服疫苗的合適制劑，該制劑長期穩(wěn)定并可快速復水。

對不同形式和方法的研究表明，凍干珠是理想選擇。該研究還為技術轉(zhuǎn)讓和新的生產(chǎn)線提供了支持。

研究表明，快速冷凍凍干珠不會破壞細菌，是制作凍干珠的優(yōu)先選擇方法。在第一次篩選循環(huán)之后，相容性測試和后處理分析確定了合適的凍干保護劑。

BioPharma協(xié)助將該技術轉(zhuǎn)移到客戶所在地，并幫助在現(xiàn)場創(chuàng)建高效運行流程。

藥品.口服片劑

口服片劑在放入包裝之前需要研磨和壓片。在本研究中，目標是試驗使用凍干珠制備口服給藥的藥物產(chǎn)品。凍干珠的設計不需要研磨和壓片，這在技術上和商業(yè)上都是有益的。

分析和優(yōu)化凍干珠需要DOE方法來最大化參數(shù)。該方法使用前面描述的幾種技術分析API的活性、溶解速度、冷凍狀態(tài)下的熱穩(wěn)定性和干燥球體的機械性能。 

通過計算殘留水分含量和調(diào)制差示掃描量熱法（MDSC）分析，確定了凍干機出樣合適的時間。

這些研究助力了凍干珠的高效生產(chǎn)的發(fā)展，與研磨和壓片產(chǎn)品相比，凍干珠吸收更少的水分，并且生產(chǎn)更快、更經(jīng)濟。

營養(yǎng)品-益生菌

本案例研究是關于口服益生菌的。最終的配方需要數(shù)以百萬計的益生菌在加工后保持活力。長保存期和短復溶時間也是基本目標。

凍干珠是理想形式，但這些2mm的珠子不是快速冷凍的，而是在含有鈣離子的緩沖液中由藻酸鹽形成的聚合物。

在幾個冷凍干燥循環(huán)的相容性研究中，確定了合適的冷凍或凍干保護劑和理想冷凍速率。在冷凍干燥顯微鏡上觀察凍干珠的任何物理結(jié)塊或形狀損失。

改變冷凍干燥循環(huán)中的壓力和溫度能夠為該產(chǎn)品創(chuàng)造適當?shù)脑O計空間。

         圖3：四個循壞，研究合適的設計空間

5、結(jié)論

在制藥和診斷領域，凍干珠是制造可長期儲存的穩(wěn)定產(chǎn)品的簡單解決方案。一旦生產(chǎn)出來，珠子可以放入任何容器中，以適應不同的產(chǎn)品變化，并且可以在包裝前批量儲存。然而，有不同的方法來創(chuàng)造這些液珠，需要通過兼容性測試、初篩選和復篩選進行優(yōu)化。

LyoBeads可用于許多不同的領域，上面的案例研究中描述了其中的幾個領域。這些珠子重要的應用之一是在PCR中，其中在室溫下儲存的穩(wěn)定凍干產(chǎn)品可以加速和增加PCR篩選分析的通量。

6、問答環(huán)節(jié)

Q：凍干珠生產(chǎn)型凍干機  

SP Ultra凍干機是專門針對IVD行業(yè)的需求開發(fā)的一款機型，占地面積小（0.77m2），凍干面積大（最大可達2.13m2）?？蛇x擇溫度比較法，壓力升測試法，皮拉尼與電容壓差法等完善的PAT工具來開發(fā)、優(yōu)化凍干工藝及控制整個過程。沒有常規(guī)生產(chǎn)型凍干機臃腫的體積，恰恰好地滿足了IVD企業(yè)的生產(chǎn)需要，在國內(nèi)外受到廣泛好評。

Q：如何確定產(chǎn)品可承受的最大壓力？

MicroPress使用線性執(zhí)行器輕輕壓縮凍干餅，以確定凍干餅的剛度（楊氏模量）和強度（破壞時的最大應力）。

Q：液氮冷凍凍干珠，與標準的西林瓶灌裝凍干相比，在凍干過程中有什么差異？ 

液氮冷凍冷卻速度會快得多，產(chǎn)生非常小的冰晶?？赡軙黾赢a(chǎn)品的耐升華性，但考慮到珠子的表面積與體積之比遠高于標準小瓶，整體升華速率仍然會非?？?。

Q：如何控制LyoBeads的靜電？

通過使用適當?shù)馁x形劑和容器，可以盡可能大限度地減少靜電問題。