【技術干貨】破局高濃度，生物制藥蛋白制劑超濾工藝的挑戰與實踐
2025/04/28
隨著生物醫藥創新技術進步和市場需求的演變，高濃度蛋白制劑因其能夠實現蛋白藥物的皮下注射，在臨床和商業領域均展現出顯著優勢，可實現患者自我給藥、增加患者舒適度、改善患者依從性、替代靜脈輸注而降低醫療費用，皮下注射將是首選的給藥方式。 基于單抗的療法，通常每劑需要數百mg到1g的高劑量才能達到所需的治療濃度。通常所說的高濃度制劑是指最終的單抗蛋白濃度＞100 mg/mL的制劑。一般的皮下給藥需要限制給藥體積＜2mL，根據臨床給藥量計算，某些靶點的藥物將要求蛋白濃度高達150~200mg/mL，甚至更高。目前，FDA批準的單抗產品中有大約三分之一是高濃度制劑。 TFF超濾系統（如切向流超濾系統、離心超濾管）可將蛋白質溶液濃縮至原體積的1/20甚至更低。例如，Minimate切向流超濾系統可處理高達1L的樣品，濃縮至5mL，回收率超過90%。 01常見超濾工藝制劑挑戰 1 體積排阻效應 蛋白質分子在高濃度情況下，在溶液中占有很大的體積。減少了其他溶質可用的溶質體積，導致溶質的含量降低。在沒有電荷效應的情況下，質量摩爾濃度是相等的。 2 水合效應 原理：溶質和蛋白質之間的特異性/非特異性相互作用 溶質—蛋白質吸引 →回流端溶質質量摩爾濃度較高 溶質—蛋白質斥力 →回流端溶質質量摩爾濃度降低（斥力通常稱為優先水合作用） 特異性相互作用（不常見） ： Ligand Binding 非特異性相互作用（常見） ：鹽，糖，氨基酸 3 道南效應 定義：帶電蛋白分子位于膜的一側，其他帶電的擴散性輔料為了維持電中性，導致跨膜分布不均勻。 02道南效應緩解策略 1.透析緩沖液偏移量修正法 調整DF緩沖成分以達到目標最終產品中的輔料濃度和pH值 通過Donnan模型估計初始偏移量，并通過實驗進行評估。 恢復緩沖液成分為標準緩沖液，按規格配制 2.緩沖液平均法 按目標輔料濃度和pH配制DF緩沖液 通過模型估計偏移量，并通過實驗驗證 使用“調節”緩沖液進行產品回收，和產品混勻 pH值和輔料濃度在回收緩沖液中進行修改，以達到最終池目標 03總結 高濃度蛋白UF/DF期間應考慮3個影響: ? 體積排斥效應(所有輔料) ? 優先水合作用(取決于輔料和蛋白質，通常溶質＜100mM可忽略不計) ? 道南效應(僅帶電輔料，蛋白質conc.)/離子conc. /溫度/緩沖液) 應考慮輔料偏移現象對過濾效率的影響(啟動緩沖液成分去除) 在選擇過濾緩沖液配方時，還應考慮UF2（過濃縮）中的Donnan效應。 典型的UF/DF工藝過程，pH和輔料水平在不到10倍體積置換可以達到穩定。 道南效應導致pH和輔料濃度的偏移。一般蛋白帶正電，換液前初始樣品帶負電的緩沖鹽無法完全置換掉；置換液中帶負電的緩沖鹽，濃度會增加；置換液中帶正電的緩沖鹽，濃度會降低。 蛋白濃度越高，道南效應導致的pH和輔料濃度偏移越大。 體積排阻效應會導致高濃度制劑的不帶電輔料含量會降低。
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