清華新聞網(wǎng)5月10日電 近期，清華大學(xué)藥學(xué)院錢(qián)鋒教授課題組在系列研究中揭示了單抗聚集動(dòng)力學(xué)過(guò)程、溶液穩(wěn)定性機(jī)制，并探索了單抗混懸液作為高濃度制劑開(kāi)發(fā)的可能性。
單抗（Monoclonal Antibody，mAb）是當(dāng)今發(fā)展最為迅速的一類(lèi)生物大分子藥物，具有靶向性強(qiáng)、副作用小等優(yōu)勢(shì)。由于單抗的高劑量和皮下及局部（例如玻璃體內(nèi)）注射小體積需求，其制劑常常是高濃度膠體溶液，使得單抗分子在其中的相互作用變得更為復(fù)雜，對(duì)單抗的結(jié)構(gòu)和膠體穩(wěn)定性都可帶來(lái)負(fù)面影響，并加速不可逆的單抗聚集。單抗聚集不僅會(huì)降低藥效，損害產(chǎn)品表觀(guān)質(zhì)量，其更大隱患是導(dǎo)致病人過(guò)敏反應(yīng)而降低用藥的安全性。因此，對(duì)單抗聚集動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)和穩(wěn)定性機(jī)制的研究顯得尤為重要。同時(shí)，探索開(kāi)發(fā)新型高濃度單抗混懸液制劑也具有顯著的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
在研究一中，課題組博士生田周從物理化學(xué)、膠體科學(xué)層面深度探究了影響單抗溶液相分離和聚集的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因子和溶液理化因素。研究發(fā)現(xiàn)，單抗分子在相分離過(guò)程中以一級(jí)動(dòng)力學(xué)規(guī)律聚集成核且不斷長(zhǎng)大并形成高濃度的單抗液滴，最終沉降形成明顯的相分離狀態(tài)。本研究從單抗聚集動(dòng)力學(xué)角度定義了可量化的關(guān)鍵動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如成核速率(Knucleation)，生長(zhǎng)速率(Kgrowth)以及核生長(zhǎng)起始時(shí)間(tonset)，用于評(píng)估溶液中單抗聚集速率及制劑條件的優(yōu)劣。
圖1：?jiǎn)慰谷芤喊l(fā)生相分離的動(dòng)力學(xué)過(guò)程——成核與生長(zhǎng)
在研究二中，課題組博士生田周針對(duì)蛋白-蛋白相互作用、蛋白-輔料相互作用的模式展開(kāi)了相關(guān)研究。通過(guò)引入高電荷密度的小分子ATP（三磷酸腺苷）探究電荷對(duì)單抗溶液膠體穩(wěn)定性的影響，從分子層面上解釋了影響單抗制劑穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。研究發(fā)現(xiàn)，ATP通過(guò)靜電相互作用與mAb形成ATP-mAb復(fù)合物，改變了單抗分子的表面電荷和疏水區(qū)域分布，使得蛋白-蛋白間相互吸引力增強(qiáng)從而誘發(fā)單抗溶液膠體行為的變化。該研究表明，單抗溶液制劑中的微小輔料改變，有可能顯著改變?nèi)芤褐苿┲袉慰怪g的相互作用方式和強(qiáng)度，從而誘導(dǎo)液-液相分離等一系列溶液制劑穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)。
圖2：靜電相互作用誘導(dǎo)ATP-mAb復(fù)合物的形成，進(jìn)而改變?nèi)芤旱哪z體行為。
在研究三中，課題組博士生黃成楠針對(duì)高濃度單抗制劑開(kāi)發(fā)存在的挑戰(zhàn)探索了抗體混懸液作為高濃度制劑開(kāi)發(fā)的可能性，并研究了制備單抗固體顆粒所用噴霧干燥技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)和物理過(guò)程對(duì)單抗穩(wěn)定性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，相較于相同濃度抗體溶液，混懸液可以顯著降低制劑黏度，提高產(chǎn)品可開(kāi)發(fā)性。與此同時(shí)，抗體在經(jīng)歷一系列工藝過(guò)程后仍保持著較好的構(gòu)象穩(wěn)定性和生物活性。本研究不僅從概念上驗(yàn)證了單抗混懸液作為一類(lèi)新型高濃度制劑形式的可能性，還在具體技術(shù)實(shí)施路徑上進(jìn)行了探索和研究，具有顯著的工業(yè)指導(dǎo)價(jià)值。
圖3：?jiǎn)慰够鞈乙旱募夹g(shù)實(shí)施路徑：1.使用噴霧干燥技術(shù)制備穩(wěn)定單抗固體顆粒；2.選取非水相有機(jī)溶劑混懸單抗顆粒獲得高濃度、低黏度混懸液
研究一以標(biāo)題為 “抗體分子的一級(jí)動(dòng)力學(xué)聚集成核及生長(zhǎng)促進(jìn)抗體溶液的液-液相分離”（First-order nucleation and subsequent growth promote liquid-liquid phase separation of a model IgG1 mAb.）的研究論文發(fā)表于《國(guó)際藥劑學(xué)雜志》（International Journal of Pharmaceutics），第一作者為藥學(xué)院2021級(jí)博士生田周，通訊作者為藥學(xué)院錢(qián)鋒教授，共同作者為強(qiáng)生制藥徐蘢博士和張寧博士。
研究二以標(biāo)題為 “三磷酸腺苷（ATP）誘導(dǎo)抗體溶液發(fā)生液-液相分離”（Adenosine Triphosphate-Induced Rapid Liquid-Liquid Phase Separation of a Model IgG1 mAb.）的研究論文發(fā)表于《分子藥劑學(xué)》（Mol. Pharmaceutics），第一作者為藥學(xué)院2021級(jí)博士生田周，通訊作者為藥學(xué)院錢(qián)鋒教授。
研究三以標(biāo)題為 “利用噴干抗體開(kāi)發(fā)高濃度和低黏度的皮下注射混懸液”（Spray-Dried Monoclonal Antibody Suspension for High-Concentration and Low-Viscosity Subcutaneous Injection.）的研究論文發(fā)表于《分子藥劑學(xué)》（Mol. Pharmaceutics），第一作者為藥學(xué)院2018級(jí)博士生黃成楠，通訊作者為藥學(xué)院錢(qián)鋒教授，共同作者為拜耳醫(yī)藥陳霖博士和盧茨·弗蘭岑（Lutz Franzen）博士以及朱利安·安德斯基（Juliane Anderski）博士。
研究一和研究二經(jīng)費(fèi)來(lái)源于清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心、國(guó)家自然科學(xué)基金和強(qiáng)生制藥，研究三經(jīng)費(fèi)來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金和拜耳醫(yī)藥。
研究一論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378517320306657?via%3Dihub
研究二論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.molpharmaceut.0c00905?ref=pdf
研究三論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.molpharmaceut.2c00039?ref=pdf
供稿：藥學(xué)院
編輯：李華山
審核：呂婷
