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 自1986年第一個治療性抗體進入臨床以來，治療性抗體藥物單抗、雙抗、ADC得到了迅速的發(fā)展，到目前為止，F(xiàn)DA共批準了近百個治療性抗體藥物，其中涉及免疫系統(tǒng)與腫瘤治療的抗體類藥物就占到了68%?？贵w類藥物已經(jīng)成為了現(xiàn)代生物醫(yī)藥的重要組成部分。

 

在抗體實驗和生產(chǎn)中，高濃度制劑是很多醫(yī)藥企業(yè)所追求的目標。HCPF通常指蛋白濃度高于50mg/ml的制劑。高濃度制劑不僅可以為患者提供更好的靈活性，降低患者注射的痛苦，還能夠降低成本并節(jié)省醫(yī)療資源。

目前在單抗制劑的產(chǎn)品中，2015年后FDA批準的高濃度制劑產(chǎn)品是2015年以前批準總數(shù)的三倍，由此可見高濃度制劑的趨勢。本文重點聊一聊TFF工藝在高濃度抗體開發(fā)中的挑戰(zhàn)和注意事項。

盡管高濃度制劑的優(yōu)勢很明顯，但是由于高濃度抗體制劑的分子間結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，更易產(chǎn)生自締合（Self- association）和聚集（Aggregation）。

為了達到皮下給藥所需的高蛋白濃度，經(jīng)常會遇到許多生產(chǎn)工藝的挑戰(zhàn)。從操作的維度來看，高蛋白濃度會導(dǎo)致高粘度，這可能會導(dǎo)致超濾濃縮過程中的壓力增加。同時，也會導(dǎo)致超濾濃縮過程通量會逐漸下降至很低的程度，從而導(dǎo)致處理時間較長。

高濃度制劑濃縮過程中會帶來物料和TFF系統(tǒng)的幾個變化：

1、濃度和粘度的升高
    濃度升高，必然帶來粘度的增加，物料的流動性會變差。較高的蛋白濃度存在較高的聚集風(fēng)險，因為組分分子距離越接近，分子間相互作用越強，自締合(self-association)的概率就越高。

2、體積排阻
    體積排阻主要是由于在膜的上游高濃度的蛋白占據(jù)了較大的體積，導(dǎo)致其他溶質(zhì)的空間減少，尤其對于大體積的分子，會導(dǎo)致部分溶質(zhì)分子在膜的上下游的濃度發(fā)生了差異。在膜上下游的滲透濃度發(fā)生改變，滲透壓力會增大。

3、道南效應(yīng)
帶電產(chǎn)品被超濾膜截留，帶電基團的存在使得膜對不同離子的截留率不同。當溶液中存在多種離子時，不同離子的電荷大小和離子半徑會影響它們通過膜的比例。離子的電荷數(shù)越大、半徑越小，其通過膜的比例就越低，從而導(dǎo)致溶液濃度和pH的變化。

 

4、壓力變化
超濾過程中伴隨著濃縮的持續(xù)，蛋白濃度升高，尤其在濃縮后期，高粘度的物料導(dǎo)致系統(tǒng)阻力上升，壓降變大。特別是在膜包的流道中，壓力降更為明顯。最后表現(xiàn)為，膜包的進口壓力快速上升，超過最大的進口壓力限制，導(dǎo)致濃縮進行不下去。

我們可以通過以下幾個方面改良來控制工藝：
1、選擇合適的緩沖體系。
緩沖液的種類、pH值和濃度會影響蛋白質(zhì)表面電荷分布、類型和數(shù)量，并進一步通過影響靜電相互作用從而影響蛋白質(zhì)的構(gòu)象和膠體穩(wěn)定性。為了實現(xiàn)目標配方成分，可以對DF緩沖液或超濾稀釋緩沖液進行調(diào)整，以解決輔料濃度偏移。或者，可以通過在UF步驟期間使用高離子強度的緩沖液來降低所觀察到的道南效應(yīng)。

2、選擇合適的膜包篩網(wǎng)
不同品牌的平板膜包都有多種篩網(wǎng)可供選擇。高濃高粘的蛋白制劑可以選擇懸空式湍流篩網(wǎng)。其優(yōu)化的篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)能夠減少壓力損失，減緩進口壓力過高的現(xiàn)象；同時有效產(chǎn)生湍流，提高透過效果，減緩高濃度下比較容易產(chǎn)生的濃差極化，提高通量。

3、選擇中空纖維柱
相比平板膜包，中空纖維柱是高濃度抗體制劑制備的一種極佳的過濾材料，因為纖維內(nèi)腔呈現(xiàn)非湍流的流體動力學(xué)，能獲得顯著更低的壓力降。通過0.5和1.0mm內(nèi)徑纖維進行單抗的濃縮，我們發(fā)現(xiàn)，兩者存在性能差異，1.0mm內(nèi)徑纖維可獲得更低的壓力降和更高的通量，從而縮短處理時間。

4、采用單向流超濾（SPTFF）技術(shù)
SPTFF技術(shù)是切向流過濾技術(shù)的一種運用，區(qū)別于常規(guī)TFF的循環(huán)運行，SPTFF中，料液單次通過超濾膜，沒有循環(huán)的過程。

 

同時SPTFF技術(shù)采用了非常低的流速，提高轉(zhuǎn)化率從而達到蛋白的目標濃度。SPTFF技術(shù)也簡化了超濾系統(tǒng)配置和簡化了操作。由于比較低的進口流速，泵、罐、管路等配置降低，更小的系統(tǒng)循環(huán)體積和滯留體積，提高了可達到的最終濃度，并提升了產(chǎn)品收率；進口流速減小，高濃度下也不會造成高進口壓力報警。

SPTFF技術(shù)中，物料只經(jīng)過一次泵，減少了剪切力，在高濃度條件下，減輕了對蛋白質(zhì)量的影響，大大提高了蛋白的穩(wěn)定性，減少了多聚體的產(chǎn)生。更為便利的是，使用現(xiàn)有的膜包和夾具就能實現(xiàn)SPTFF。

近年來，高濃度抗體制劑因其治療潛力與易于對患者給藥而備受關(guān)注。然而，這些產(chǎn)品的開發(fā)一直在制造、穩(wěn)定性、分析和管理層面存在挑戰(zhàn)。只有通過穩(wěn)健的制造工藝與配方開發(fā)才能解決這些挑戰(zhàn)，最終才能實現(xiàn)可商業(yè)化的高濃度抗體產(chǎn)品。