冷冻储存单克隆抗体原料药中“越冷越好？”的可持续性研究

《International Journal of Pharmaceutics: X》：The colder, the better? Sustainability in frozen storage of a monoclonal antibody drug substance

　　

本研究针对选定组方中的单克隆抗体(mAb)开展长达24个月的稳定性考察，储存温度分别为?80?°C、?40?°C及?10?°C，以评估更具能源效率的储存温度能否维持药物质量。研究人员监测高分子量聚集体(HMWS)、亚可见微粒(SVP)、光密度(OD)等物理稳定性指标，并以甲硫氨酸氧化程度作为化学稳定性参数。研究重点在于验证冷冻状态下的物理稳定性是否与组方的玻璃化转变温度(Tg’)相关，并以此作为基质流动性的指示因子。结果表明，?40?°C及多数情况下甚至?10?°C的储存稳定性与?80?°C相当，可作为可行且可持续的长期储存选择。含羟丙基-β-环糊精(HPβCD)的组方表现出最优稳定性，可能归因于其兼具冷冻保护及界面屏蔽作用，可减少聚集与微粒形成。数据显示，在Tg’处稳定性发生显著变化，低于Tg’时稳定性大幅提升；然而在Tg’上下，温度相对于Tg’的差值对稳定性的影响较小，组方效应更为显著。研究人员因此假设，基质流动性的急剧变化是冷冻状态下稳定性的主要决定因素。部分组方在?10?°C仍保持稳定，表明组方依赖性机制可弥补基质流动性升高带来的风险，为实现更灵活、可持续的冷冻储存提供了潜力。

该研究由Ricarda Nagel、Karoline Bechthold-Peters与Wolfgang Frie?合作完成，发表于《International Journal of Pharmaceutics: X》。研究背景方面，蛋白类药物尤其是单克隆抗体已成为治疗多种疾病的重要选择，但其构象、胶体及化学稳定性均受温度显著影响，因此原料药常需在?70至?80?°C超低温冷冻保存，以防止微生物生长、泡沫形成、运输过程中的震荡及蛋白降解。这种超低温储存方式成本高、物流复杂，且对环境造成较大负担，促使研究人员探索更可持续的替代储存条件。研究目标为评估?40?°C是否可作为长期冷冻储存的新标准，在保证药品质量的同时显著降低能耗与碳足迹。研究人员同时考察了?10?°C及?20?°C条件下的稳定性，以分析温度高于玻璃化转变温度(T_g’)时的降解行为。

在研究方法上，研究人员选用含组氨酸缓冲液、蔗糖及羟丙基-β-环糊精(HPβCD)的不同组方，将单克隆抗体浓度统一为20?mg/mL，并在?80?°C、?40?°C、?10?°C条件下保存最长24个月。关键技术包括差示扫描量热法(DSC)测定冷冻浓缩基质(FCM)的T_g’，尺寸排阻色谱(SEC)分析高分子量聚集体(HMWS)，流式成像显微技术(FlowCam)检测亚可见微粒(SVP)，紫外-可见分光光度法测定350?nm光密度(OD₃₅₀)，以及蛋白A色谱评估甲硫氨酸氧化水平。所有样品采用可控冰核冻结以减少瓶间差异，并在20?°C条件下解冻后进行分析。

结果部分，首先在?80?°C储存条件下，不含糖的纯单抗溶液及低浓度组氨酸组方在6个月内HMWS略有上升，之后趋于稳定；蔗糖与HPβCD组方在整个储存期内HMWS无显著增加。亚可见微粒数在纯单抗及组氨酸组方中有一定增长，但HPβCD组始终保持最低水平且无明显变化。氧化程度在所有组方中均保持稳定，未随时间显著变化。

在?40?°C储存条件下，所有组方的稳定性与?80?°C基本等效，HMWS增长幅度相近，SVP数量与OD₃₅₀值均无显著差异，氧化水平亦保持稳定。这表明在至少低于T_g’ 10?°C的条件下，基质完全固化所提供的稳定性足以抵消温度升高的影响。

在?10?°C储存条件下，纯单抗溶液及低浓度组氨酸组方的HMWS显著增加，而蔗糖及HPβCD组方仍保持较低增幅。SVP数量在各组方中略有上升，但无可见颗粒形成，OD₃₅₀值仍保持在低位，氧化水平无变化。结果表明，适当的辅料可通过电荷屏蔽、优先排除及界面保护作用，弥补因未完全固化带来的不稳定性。

在?20?°C与?10?°C的比较中，纯单抗在?20?°C的稳定性优于?10?°C，这与T_g’以下的固化作用有关；而含组氨酸组方在两温度下稳定性差异不大，进一步证明在T_g’之上，组方本身对稳定性的贡献超过基质流动性变化的影响。

讨论与结论部分，研究人员指出，?40?°C可作为单克隆抗体原料药的可持续长期储存温度，其稳定性与?80?°C相当且不受T_g’具体数值影响。适当配方的辅料可在高于T_g’的条件下有效补偿流动性升高带来的风险，为冷链运输与短期储存提供更灵活的温度选择。未来研究可进一步降低辅料浓度并扩大单克隆抗体及其他蛋白药物的适用范围，以验证该策略的广泛适用性。此项成果为减少冷链能耗、降低储存成本及优化物流管理提供了重要依据，具有显著的环保与经济效益。