纵观近年来全球销售额前十的药物,单抗类注射液占据了半壁江山,尤其艾伯维的阿达木单抗(修美乐)从 2012 年到 2018 年连续蝉联全球最畅销药物,可以说生物制剂市场巨大且前景十分可观。而在产品开发生产过程中对蛋白的稳定和保护至关重要,这就不得不提到生物制品处方中常用的一款蛋白保护剂-海藻糖。本文将针对海藻糖的特性和应用进行介绍总结,期待给大家带来对「生命之糖」的全面认识。
AVT 高品质海藻糖 DMF 号正式公示 海藻糖(供注射用)(无菌);DMF 号:34401;CDE 登记号:F20190000452。
一、为什么海藻糖更适合作为生物制品保护剂?
《自然》杂志曾在 2000 年 7 月发表了对海藻糖进行评价的专文,文中说到:「对许多生命体而言,海藻糖的有与无,意味着生命或者死亡」。 许多对外界恶劣环境表现出非凡抗逆耐受力的物种,都与它们体内存在大量海藻糖有直接的关系。作为冻干保护剂的糖类也很多,比如常用的蔗糖,麦芽糖,甘露醇等,为什么我们经常在实验中发现使用海藻糖作为冻干保护剂时冻干效果会更好?带着这个疑问,我们通过文献调研总结出以下海藻糖与其它糖类相比的优势:
1、更强的水合能力
按每个葡萄糖单位算,海藻糖周围的不冻水分子数是糖类中最多1,能够形成刚性更强的海藻糖/水结构2,抗冷冻脱水能力更强。这也是为什么在很多冻干试验中,海藻糖的表现比蔗糖好。
注:n(e-OH)——每糖分子周围羟基数 ,n——糖单位数,N——每糖分子周围不冻水分子数
注:<u2>/3 ——代表体系脆弱程度
2、高玻璃化相转变温度
海藻糖具有更高的的玻璃化相转变温度(120℃),因此海藻糖溶液更不容易形成冰晶,能够更好的保护蛋白不受冻干过程的损伤3。
注:分别使用 Diethanolamine、葡聚糖、葡萄糖、蔗糖、海藻糖作为保护剂,冻干前后酶活性变化的对比。
3、抗高温潮湿能力
在高温、潮湿等特殊环境下,海藻糖对蛋白的稳定、保护效果较蔗糖等其它糖类保护剂更好3。
注:40℃ 条件下孵育 9 小时,AH-AP 聚合蛋白冻干粉复溶后的含量变化对比。
二、海藻糖在哪些已上市生物制品中应用?
海藻糖独特的生物学特性使得其在医药领域中已得到广泛应用,主要用作生物制剂的冻干保护剂、单抗注射液的蛋白保护剂,以及血液制品的保存保护液,发挥稳定生物膜和蛋白质结构的功效。海藻糖的成功应用也催生了如修美乐、赫赛汀这样的百亿级重磅生物制剂。我们总结了已上市生物药中海藻糖的应用情况,并分类介绍如下:
1、生物制剂冻干保护剂
• 冷冻过程的低温保护剂,干燥过程的脱水保护剂已上市的生物冻干制剂:
• 曲妥珠单抗,Herceptin, 赫赛汀(罗氏,1998)
赫赛汀,注射用曲妥珠单抗,第一个用于临床的人源化单克隆抗体,一种专门针对 HER-2 阳性乳腺癌的分子靶向治疗药物,它一经出现便立即横扫全球抗肿瘤药市场,引发了全球抗体药物研发的热潮。2018 年全球销售第四,销售额高达 71 亿美元。其处方组成如下:
• 本妥昔单抗,Adcetris, (Seattle Genetics, 2011)
注射用本妥昔单抗是一款用于治疗外周 T 细胞淋巴瘤的靶向药,处方组成如下:
• 重组人凝血因子 VIII,Advate, 百因止(百特,2003)
百因止,适用于血浆凝血因子Ⅷ缺乏的甲型血友病治疗,在纠正或预防出血、急诊或手术中起到暂时代替缺失的凝血因子的作用。
2、单抗注射液蛋白保护剂
• 稳定、保护抗体蛋白
已上市的单抗类注射液
• 阿达木单抗,Humira, 修美乐(艾伯维,2002)
用于治疗类风湿性关节炎的「药王」修美乐,虽然中国市场表现比较惨淡,但依旧是国内最火的重量级生物药仿制项目。处方组成如下:
• 贝伐珠单抗,Avastin, 安维汀(罗氏,2004)
由罗氏开发的抗血管内皮生长因子(VEGF)的人源化单克隆抗体贝伐珠单抗注射剂安维汀同样可算是重磅级生物药,2018 年的销售额为 70 亿美元,全球排名第五。其处方组成如下:
• 度伐单抗,Imfinzi(阿斯利康,2015)
PD-1/PD-L1 抑制剂可说是近几年医药圈最火的开发主题之一,阿斯利康的度伐单抗即是成功案例,用于治疗局部晚期或转移型尿路上皮瘤,并在非小细胞肺癌、肝癌等的治疗上存在潜力。处方组成如下:
3、血液制品保护剂
• 可显著延长血浆、血细胞保存时间
• 稳定、保护血蛋白
• 已上市产品:
人类纤维蛋白胶,Raplixa (ProFibrix BV,2015)
处方:纤维蛋白原、凝血酶、人白蛋白、海藻糖(824 mg/g)、氯化钙、氯化钠、柠檬酸钠、L-盐酸精氨酸。
4、 滴眼液
• 稳定蛋白类 API,保护剂
• 稳定泪膜
• 已上市应用案例:
rhNGF 滴眼液,Oxervate (Dompe farmaceutici s.p.a.,2017)
5、医疗器械
• 海藻糖作用:防止干燥,促进创面愈合
• 已广泛应用于皮肤屏障修复敷料等上市产品
• 诊断试剂
总结
随着生物技术的高速发展,可应用于临床的多肽、单抗、疫苗、细胞生长因子类药物成为开发重点。但生物制品活性受温度、水分等因素的影响很大,不稳定、易变性、易失活;生产过程参数变化也极易影响产品质量。不论是目前广泛采用的冷冻干燥技术还是添加蛋白保护剂,都是以提高蛋白质稳定性为首要目的,因此海藻糖虽简单却能得到大应用,在生物制品的开发中起着关键作用。
参考文献:
1、 Kawai H, Sakurai M, Inoue Y, et al. Hydration of oligosaccharides: anomalous hydration ability of trehalose. Cryobiology, 1992; 29:599-606
2、 Magazu S, Branca C, Faraone A, et al. Comparison of disaccharide solution across glass transition. Physica B, 2001; 301:126
3、 Esteves MI, Quintilio W, Sato RA, et al. Stabilisation of immunoconjugates by trehalose. Biotechnol Lett, 2000; 22:417-420
AVT 高品质海藻糖 DMF 号正式公示 海藻糖(供注射用)(无菌);DMF 号:34401;CDE 登记号:F20190000452。
一、为什么海藻糖更适合作为生物制品保护剂?
《自然》杂志曾在 2000 年 7 月发表了对海藻糖进行评价的专文,文中说到:「对许多生命体而言,海藻糖的有与无,意味着生命或者死亡」。 许多对外界恶劣环境表现出非凡抗逆耐受力的物种,都与它们体内存在大量海藻糖有直接的关系。作为冻干保护剂的糖类也很多,比如常用的蔗糖,麦芽糖,甘露醇等,为什么我们经常在实验中发现使用海藻糖作为冻干保护剂时冻干效果会更好?带着这个疑问,我们通过文献调研总结出以下海藻糖与其它糖类相比的优势:
1、更强的水合能力
按每个葡萄糖单位算,海藻糖周围的不冻水分子数是糖类中最多1,能够形成刚性更强的海藻糖/水结构2,抗冷冻脱水能力更强。这也是为什么在很多冻干试验中,海藻糖的表现比蔗糖好。
注:n(e-OH)——每糖分子周围羟基数 ,n——糖单位数,N——每糖分子周围不冻水分子数
注:<u2>/3 ——代表体系脆弱程度
2、高玻璃化相转变温度
海藻糖具有更高的的玻璃化相转变温度(120℃),因此海藻糖溶液更不容易形成冰晶,能够更好的保护蛋白不受冻干过程的损伤3。
注:分别使用 Diethanolamine、葡聚糖、葡萄糖、蔗糖、海藻糖作为保护剂,冻干前后酶活性变化的对比。
3、抗高温潮湿能力
在高温、潮湿等特殊环境下,海藻糖对蛋白的稳定、保护效果较蔗糖等其它糖类保护剂更好3。
注:40℃ 条件下孵育 9 小时,AH-AP 聚合蛋白冻干粉复溶后的含量变化对比。
二、海藻糖在哪些已上市生物制品中应用?
海藻糖独特的生物学特性使得其在医药领域中已得到广泛应用,主要用作生物制剂的冻干保护剂、单抗注射液的蛋白保护剂,以及血液制品的保存保护液,发挥稳定生物膜和蛋白质结构的功效。海藻糖的成功应用也催生了如修美乐、赫赛汀这样的百亿级重磅生物制剂。我们总结了已上市生物药中海藻糖的应用情况,并分类介绍如下:
1、生物制剂冻干保护剂
• 冷冻过程的低温保护剂,干燥过程的脱水保护剂已上市的生物冻干制剂:
• 曲妥珠单抗,Herceptin, 赫赛汀(罗氏,1998)
赫赛汀,注射用曲妥珠单抗,第一个用于临床的人源化单克隆抗体,一种专门针对 HER-2 阳性乳腺癌的分子靶向治疗药物,它一经出现便立即横扫全球抗肿瘤药市场,引发了全球抗体药物研发的热潮。2018 年全球销售第四,销售额高达 71 亿美元。其处方组成如下:
• 本妥昔单抗,Adcetris, (Seattle Genetics, 2011)
注射用本妥昔单抗是一款用于治疗外周 T 细胞淋巴瘤的靶向药,处方组成如下:
• 重组人凝血因子 VIII,Advate, 百因止(百特,2003)
百因止,适用于血浆凝血因子Ⅷ缺乏的甲型血友病治疗,在纠正或预防出血、急诊或手术中起到暂时代替缺失的凝血因子的作用。
2、单抗注射液蛋白保护剂
• 稳定、保护抗体蛋白
已上市的单抗类注射液
• 阿达木单抗,Humira, 修美乐(艾伯维,2002)
用于治疗类风湿性关节炎的「药王」修美乐,虽然中国市场表现比较惨淡,但依旧是国内最火的重量级生物药仿制项目。处方组成如下:
• 贝伐珠单抗,Avastin, 安维汀(罗氏,2004)
由罗氏开发的抗血管内皮生长因子(VEGF)的人源化单克隆抗体贝伐珠单抗注射剂安维汀同样可算是重磅级生物药,2018 年的销售额为 70 亿美元,全球排名第五。其处方组成如下:
• 度伐单抗,Imfinzi(阿斯利康,2015)
PD-1/PD-L1 抑制剂可说是近几年医药圈最火的开发主题之一,阿斯利康的度伐单抗即是成功案例,用于治疗局部晚期或转移型尿路上皮瘤,并在非小细胞肺癌、肝癌等的治疗上存在潜力。处方组成如下:
3、血液制品保护剂
• 可显著延长血浆、血细胞保存时间
• 稳定、保护血蛋白
• 已上市产品:
人类纤维蛋白胶,Raplixa (ProFibrix BV,2015)
处方:纤维蛋白原、凝血酶、人白蛋白、海藻糖(824 mg/g)、氯化钙、氯化钠、柠檬酸钠、L-盐酸精氨酸。
4、 滴眼液
• 稳定蛋白类 API,保护剂
• 稳定泪膜
• 已上市应用案例:
rhNGF 滴眼液,Oxervate (Dompe farmaceutici s.p.a.,2017)
5、医疗器械
• 海藻糖作用:防止干燥,促进创面愈合
• 已广泛应用于皮肤屏障修复敷料等上市产品
• 诊断试剂
总结
随着生物技术的高速发展,可应用于临床的多肽、单抗、疫苗、细胞生长因子类药物成为开发重点。但生物制品活性受温度、水分等因素的影响很大,不稳定、易变性、易失活;生产过程参数变化也极易影响产品质量。不论是目前广泛采用的冷冻干燥技术还是添加蛋白保护剂,都是以提高蛋白质稳定性为首要目的,因此海藻糖虽简单却能得到大应用,在生物制品的开发中起着关键作用。
参考文献:
1、 Kawai H, Sakurai M, Inoue Y, et al. Hydration of oligosaccharides: anomalous hydration ability of trehalose. Cryobiology, 1992; 29:599-606
2、 Magazu S, Branca C, Faraone A, et al. Comparison of disaccharide solution across glass transition. Physica B, 2001; 301:126
3、 Esteves MI, Quintilio W, Sato RA, et al. Stabilisation of immunoconjugates by trehalose. Biotechnol Lett, 2000; 22:417-420
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