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通過噴霧干燥進行配制蛋白質制劑

噴干蛋白質樣品高度依賴樣品性質、儀器設計和過程參數設定。

影響最終產品質量的因素有：

* 形態

* 殘留水分

* 顆粒大小

為減少蛋白質配方中蛋白質或多肽的熱降解，應該多關注溫度和滯留時間。各參數中出口溫度是防止熱降解的關鍵所在。

當出口溫度低于蛋白質的降解溫度時，物質所經受的熱降解就會降低。但是出口溫度過低會使殘留水分增加，從而導致貨架期縮短。所以重要的是找到理想的出口溫度，既可以讓樣品變為干燥粉末，又不會引起蛋白質配方的降解。

通常，生物制藥的蛋白質噴霧干燥其出口溫度要低于100 ℃，同時進料速度都很低。

滯留時間對于最小化熱敏性樣品的熱降解非常重要。表面水分含量高的細小顆粒噴霧更容易進行蒸發，所以他們的滯留時間很短；低水分含量的細小至半粗糙的噴霧，需要中等滯留時間；而殘留水分更低的粗糙噴霧，則需要最長滯留時間。

根據研究報道，10 μm大小的純水液滴蒸發需要0.03 s，100 μm的液滴需要3 s。

在蛋白質配方應用中，通常實驗室級噴霧干燥儀的滯留時間在0.2到0.35秒之間。滯留時間根據干燥室體積和干燥氣體流量決定。由于干燥室體積是恒定的，只有氣體流量可以調節。大多數噴霧干燥儀都以最大干燥氣體流量運行，以保證最大限度的噴干能力。

通過冷凍干燥進行配制蛋白質制劑

冷凍干燥過程中最關鍵的一步是預凍，因為它決定了干燥產品的微觀結構。您需要在足夠低的溫度下進行冷凍產品，以使產品完全固化。大多數液體樣品，包括蛋白質配方制劑，都是通過形成冰晶來完成冷凍。冰晶的大小和形狀取決于冷卻速度，并決定了顆粒的凍干能力。

快速冷凍會形成小冰晶，而緩慢冷凍則會產生大尺寸冰晶。在凍干過程中，小冰晶比大冰晶更難以從產品中除去。雖然如此，蛋白質制劑的預凍溫度是由其特性和配方組成決定的。

配方制劑通常有兩種不同的預凍方式。共晶混合物中包含物質的結冰點要低于周圍的水。當共晶混合物進行冷凍時，水因為結冰會先從這些物質中分離出來的。從表面來看，蛋白質配方制劑已經冷凍，但其中的溶質物質仍然是液體狀態。它們會形成濃度集中區域，最終在低于水的冰點溫度下冷凍結冰。

當混合物中所有組分都被完全凍結時的溫度稱為共晶溫度，也是蛋白質配方制劑的臨界溫度，是其在凍干過程中所能承受的最大溫度。

由于未凍結的組分會在真空下膨脹，對未完全凍結的共晶混合物進行抽真空可能破壞樣品。

另一類混合物是無定形樣品，在凍結時會形成玻璃態。隨著溫度降低，蛋白質配方變得更加粘稠，最終在玻璃化轉化點凍結成玻璃狀固體。對于非晶體樣品，穩定性方面的溫度臨界點稱為塌陷溫度，塌陷溫度一般會略低于玻璃轉化溫度。通常，無定形樣品的冷凍干燥非常困難。

蛋白質是具有相對較高的玻璃轉化溫度的分子，因此很容易進行冷凍和干燥。冷凍后，嵌入蛋白質的最終結構就形成了。如果結構不正確，蛋白質就會鎖定在錯誤的構象中可能導致失去活性。因此，冷凍方法(慢vs快)及其對蛋白質完整性的影響非常重要。

通常對于初級干燥來說，您可以通過玻璃轉化溫度來確定擱板溫度和干燥室壓力，用以設定凍干循環參數。凍干處理的階段時間可以使用工具確定，例如終點判定(溫度和壓力)或科學的知識經驗。

初級干燥是利用分子熱特性來進行的，而次級干燥循環則是利用分子熱穩定性來進行。

擱板溫度和凍干時間會影響產品活性。次級干燥也決定樣品的殘留水分等級，從而決定了產品的穩定性和保質期限。在產品保質期限內殘留的水分會促使降解反應發生，所以應保持在一個較低的水平，通常殘留含水量低于 3 %。

為您的蛋白質配方制劑提出一些建議：

* 蛋白質和多肽需要儲存在 -80 ℃ 環境中，不建議在 -20 ℃。在儲存之前，必須要過濾純化的蛋白質成分。使用干冰/乙醇混合物來快速冷凍比在 -20 ℃ 環境下慢凍要好。為了增加儲存、凍融周期過程中的穩定性，可以考慮在混合物中加入蔗糖或甘油。謹慎選擇蛋白質制劑的溶劑，可以考慮使用保護劑，如海藻糖，用以穩定分子結構并幫助保持產品功能活性。 

 * 如果可以的話，請測量出蛋白質的降解溫度，或者也可嘗試測定蛋白質配方制劑（蛋白質+輔料）的玻璃轉化溫度。

 * 在蛋白質配方中添加糖和糖類添加劑，以保護噴霧干燥和冷凍干燥的蛋白質免受脫水和熱應激效應的影響。 

 * 考慮蛋白質配方設計是否選擇了合適的干燥方法。對于不適合進行冷凍干燥的蛋白質配方，則很難設計出合適的凍干循環參數。例如，磷酸鹽緩沖鹽溶液的蛋白質樣品極難進行冷凍干燥處理。 

 * 為每個樣品開發和優化冷凍干燥方法：一個方法并不適合所有產品。

冷凍干燥前的預凍方法會明顯影響冰晶結構的形成，進而影響初級干燥和最終產品中水蒸氣的流動。嘗試控制溶液的預凍凍結方式，以縮短凍干時間，獲得更穩定的蛋白質配方制劑。

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