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診斷試劑和制藥領域的LyoBead技術:Why, How, What?


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LyothermBioPharma 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。


 

                               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。


 

                 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

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。