蛋白質(zhì)凍干

1、蛋白質(zhì)藥品冷凍干燥技術(shù)研究進(jìn)展1.引言由于凍干藥品呈多孔狀、能長時(shí)間穩(wěn)定貯存、并易重新復(fù)水而恢復(fù)活性，因此冷凍干燥技術(shù)廣泛應(yīng)用于制備固體蛋白質(zhì)藥物、口服速溶藥物及藥物包埋劑脂質(zhì)體等藥品。從國家藥品監(jiān)督管理局?jǐn)?shù)據(jù)庫得知，目前國內(nèi)已有注射用重組人粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子、注射用重組人干擾素α2b、凍干鼠表皮生長因子、外用凍干重組人表皮生長因子、注射用重組鏈激酶、注射用重組人白介素2、注射用重組人生長激素、注射用A群鏈球菌、注射用重組人干擾

2、素α2b、凍干人凝血因子VⅢ、凍干人纖維蛋白原、間苯三酚口服凍干片等凍干藥品獲準(zhǔn)上市。截止2000年2月，美國FDA已批準(zhǔn)的生物技術(shù)藥共計(jì)76個(gè)。冷凍干燥技術(shù)最早于1813年由英國人Wollaston發(fā)明。1909年Shsckell試驗(yàn)用該方法對抗毒素、菌種、狂犬病毒及其它生物制品進(jìn)行凍干保存，取得了較好效果。在第二次世界大戰(zhàn)中，對血液制品的大量需求大大刺激了冷凍干燥技術(shù)的發(fā)展，從此該技術(shù)進(jìn)入了工業(yè)應(yīng)用階段。此后，制冷和真空設(shè)備的飛速發(fā)

3、展為快速發(fā)展冷凍干燥技術(shù)提供了強(qiáng)有力的物質(zhì)條件。進(jìn)入上個(gè)世紀(jì)的八九十年代，科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人民群眾對健康保障的需求為藥品冷凍干燥技術(shù)的飛速發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，在藥品凍干損傷和保護(hù)機(jī)理、藥品凍干工藝、藥品冷凍干燥機(jī)等方面取得了巨大的成績。但藥品冷凍干燥技術(shù)是一門邊緣學(xué)科，需要生物學(xué)、藥學(xué)、制冷、真空和控制等知識的交叉和綜合，因此仍存在亟待解決的問題。2.藥品冷凍干燥原理及特點(diǎn)藥品冷凍干燥是指把藥品溶液在低溫下凍結(jié)，然后在真空條件下升

4、華干燥，除去冰晶，待升華結(jié)束后再進(jìn)行解吸干燥，除去部分結(jié)合水的干燥方法。該過程主要可分為：藥品準(zhǔn)備、預(yù)凍、一次干燥(升華干燥)和二次干燥(解吸干燥)、密封保存等五個(gè)步驟。藥品按上述方法凍干后，可在室溫下避光長期貯存，需要使用時(shí)，加蒸餾水或生理鹽水制成懸浮液，即可恢復(fù)到凍干前的狀態(tài)。與其它干燥方法相比，藥品冷凍干燥法具有非常突出的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：a)藥液在凍結(jié)前分裝，劑量準(zhǔn)確；b)在低溫下干燥，能使被干燥藥品中的熱敏物質(zhì)保留下來；c)在低壓下

5、干燥，被干燥藥品不易氧化變質(zhì)，同時(shí)能因缺氧而滅菌或抑制某些細(xì)菌的活力；d)凍結(jié)時(shí)被干燥藥品可形成“骨架“，干燥后能保持原形，形成多孔結(jié)構(gòu)而且顏色基本不變；e)復(fù)水性好，凍干藥品可迅速吸水還原成凍干前的狀態(tài)；f)脫水徹底，適合長途運(yùn)輸和長期保存。雖然藥品冷凍干燥具有上述優(yōu)點(diǎn)，但是干燥速率低、干燥時(shí)間長、干燥過程能耗高和干燥設(shè)備投資大等仍是該技術(shù)的突出缺點(diǎn)。3.藥品凍干損傷和保護(hù)機(jī)理藥品冷凍干燥是一個(gè)多步驟過程，會(huì)產(chǎn)生多種應(yīng)力使藥品變性，如

6、低溫應(yīng)力、凍結(jié)應(yīng)力和干燥應(yīng)力。其中凍結(jié)應(yīng)力又可分為枝狀冰晶的形成，離子濃度的增加，PH值的改變和相分離等情況。由于藥品冷凍干燥過程會(huì)產(chǎn)生多種應(yīng)力，對凍干藥品的藥性有很大的影響，因此對藥品冷凍干燥過程進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，對于減少凍干損傷和提高凍干藥品的質(zhì)量有重大的意義。4.1凍結(jié)研究冷凍干燥過程中的凍結(jié)過程非常重要，因?yàn)樵趦鼋Y(jié)中形成的冰晶形態(tài)和大小以及玻璃化程度不僅影響后繼的干燥速率，而且影響凍干藥品的質(zhì)量。因此在凍結(jié)過程中必須考慮配方、凍結(jié)速

7、率、凍結(jié)方式、以及是否退火等問題。4.1.1配方的影響配方中的固體含量會(huì)影響凍結(jié)和干燥過程。如果固體含量少于2%，那么凍干藥品結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能就會(huì)不穩(wěn)定。尤其在干燥過程中，藥品微粒不能粘在基質(zhì)上，逸出的水蒸氣會(huì)把這些微粒帶到小瓶的塞子上，有時(shí)甚至?xí)У秸婵帐耶?dāng)中。此外，為了獲得均勻一致、表面光滑、穩(wěn)定的蛋白質(zhì)藥品，配方中必須含有填充劑、賦形劑、穩(wěn)定劑等保護(hù)劑，這些保護(hù)劑對實(shí)現(xiàn)藥品的玻璃化凍結(jié)有重大的影響。很多糖類或多元醇經(jīng)常被用于溶液凍融

8、和凍干過程中非特定蛋白質(zhì)的穩(wěn)定劑，它們既是有效的低溫保護(hù)劑又是很好的凍干保護(hù)劑，它們對凍結(jié)的影響取決于種類和濃度。文獻(xiàn)[16～23]對不同的保護(hù)劑進(jìn)行了詳盡的研究，探討了它們的凍結(jié)特性。文獻(xiàn)[4]還研究了其它保護(hù)劑的凍結(jié)特性。但是蛋白質(zhì)種類很多，而且物理化學(xué)性質(zhì)各異，因此不同的蛋白質(zhì)需要不同的保護(hù)劑配方，因此它們的凍結(jié)特性就不同，一般需要實(shí)驗(yàn)。4.1.2凍結(jié)方式凍結(jié)方式不同，產(chǎn)生的冰晶的形態(tài)和大小就不同，而且會(huì)影響后繼的干燥速率和凍干藥

9、品質(zhì)量。根據(jù)凍結(jié)機(jī)理，可以把凍結(jié)分為全域過冷結(jié)晶和定向結(jié)晶兩類。全域過冷結(jié)晶是指全部藥液處于相同或相近的過冷度下進(jìn)行凍結(jié)的方式。在全域過冷結(jié)晶中，凍結(jié)速率和冰晶成核溫度是重要的參數(shù)。全域過冷結(jié)晶按凍結(jié)速率的快慢可分為慢速凍結(jié)和快速凍結(jié)?？焖賰鼋Y(jié)的冰晶細(xì)小，而且沒有凍結(jié)濃縮現(xiàn)象，但是存在不完全凍結(jié)現(xiàn)象。相反，慢速冷卻產(chǎn)生較大的冰晶，并且存在凍結(jié)濃縮的現(xiàn)象。ThomasWPatapoff等人發(fā)現(xiàn)如果把藥品直接浸入液氮或干冰乙醇溶液槽中(快速

10、凍結(jié))，那么晶核首先在瓶壁產(chǎn)生，然后冰晶向中心擴(kuò)散，再垂直向上擴(kuò)散。由于長成的冰晶細(xì)小，而且有水平方向的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致干燥階段的傳質(zhì)阻力很大，升華速率降低。實(shí)驗(yàn)證明，快速凍結(jié)導(dǎo)致升華速率低，解吸速率快，慢速凍結(jié)導(dǎo)致升華速率快，解吸速率慢。JamesASearles等人認(rèn)為冰晶成核溫度是全域過冷結(jié)晶的重要因素，因?yàn)樗巧A速率的主要決定因素。他們在研究中發(fā)現(xiàn)，冰晶成核溫度從本質(zhì)上來說是隨機(jī)的、不穩(wěn)定的，不容易控制，但是受溶液中的微粒含量和是否

11、存在冰晶成核體等影響因素。正是冰晶成核溫度的隨機(jī)性導(dǎo)致升華干燥速率的不均勻性以及與形態(tài)相關(guān)的參數(shù)，如凍干藥品表面積和解吸干燥速率。定向結(jié)晶是指一小部分藥液處于過冷狀態(tài)下進(jìn)行凍結(jié)的方式。ThomasWPatapoff介紹了一種垂直凍結(jié)方式。溶液用濕冰冷卻，在瓶子底部用干冰冷卻，形成晶核，然后放到50℃的擱板上凍結(jié)。用這種方式凍結(jié)的樣品的冰晶在垂直方向呈現(xiàn)煙囪狀，在藥品表面沒有凍結(jié)濃縮層，而且整個(gè)藥品的結(jié)構(gòu)均一性很好，因此在干燥時(shí)的傳質(zhì)阻力