氨基酸对喷雾干燥胰蛋白酶/乳糖粉末压实行为及稳定性的影响研究

《European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics》：Effect of amino acids on the compaction behavior and stability of spray-dried trypsin/lactose powder

本研究针对生物制剂口服给药面临的压实稳定性问题，系统探讨了五种氨基酸（Arg·HCl、Leu、Gly、Trp、Asp·Na）作为辅料对喷雾干燥胰蛋白酶/乳糖粉末压实行为及蛋白稳定性的调控作用。通过表征粉末理化性质、压实性能及蛋白构象活性，发现Gly可赋予粉末优异可压性且维持酶活性，而Asp·Na虽提升片剂强度却导致胰蛋白酶变性。该研究为开发高稳定性生物药片剂提供了关键辅料选择依据。

　　

随着生物制药行业的迅猛发展，生物制剂在治疗重大疾病方面展现出巨大潜力。然而，这些大分子药物目前主要依赖注射给药，患者依从性较差。开发口服片剂剂型成为突破瓶颈的关键方向，但生物制剂在制备过程中面临严峻挑战：喷雾干燥过程中的热应力、界面剪切力易导致蛋白变性，而后续的压片工序更可能因机械压力破坏蛋白空间结构。此外，传统辅料难以兼顾稳定性和成型性的双重要求，制约了生物药片剂的临床应用。

为攻克这一难题，哥本哈根大学研究团队在《European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics》发表最新研究，系统评估了五种特性各异的氨基酸对喷雾干燥胰蛋白酶/乳糖复合粉末压实行为及稳定性的调控规律。研究人员通过精密设计的实验方案，揭示了不同氨基酸通过调控粉末吸湿性、颗粒形貌和表面分布等特性，显著影响片剂的成型质量与蛋白活性维持效果。

本研究采用喷雾干燥技术制备复合粉末，通过扫描电镜观察颗粒形貌，激光衍射分析粒径分布，X射线粉末衍射表征晶体形态，热重分析测定残留水分。采用 compaction simulator 进行梯度压力压片实验，通过硬度测试仪测定片剂拉伸强度。利用圆二色谱分析蛋白三级结构变化，并通过酶底物反应法定量检测胰蛋白酶活性。

3.1 喷雾干燥胰蛋白酶/乳糖/氨基酸粉末的特性表征

研究显示，五种氨基酸修饰的粉末呈现显著不同的物理特性：亮氨酸（Leu）组形成褶皱表面形态，甘氨酸（Gly）和亮氨酸组出现结晶相，而其他组均为无定形态。甘氨酸组具有最低堆密度（0.16 g/cm3），天冬氨酸钠（Asp·Na）组真实密度最高（1.58 g/cm3）。精氨酸盐酸盐（Arg·HCl）组吸湿性最强，残留水分达5.7%，而亮氨酸组仅2.7%。

3.2 喷雾干燥胰蛋白酶/乳糖/氨基酸压片的特性表征

压实实验发现精氨酸盐酸盐组在50 MPa以上压力出现顶裂分层，亮氨酸组在低压下片剂强度不足。甘氨酸组展现最佳可压性，在25 MPa即达到0.82固体分数，扫描电镜显示其颗粒最早发生塑性变形。天冬氨酸钠组在高压力下（300-400 MPa）获得最高拉伸强度，但甘氨酸组能在低压下维持良好成型性。

3.3 压片后胰蛋白酶的固体形态、结构及酶活性

X射线衍射证实压片过程未引起晶型转变。圆二色谱检测发现天冬氨酸钠组在260-290 nm处椭圆率降低，表明胰蛋白酶三级结构发生改变。酶活性测定进一步验证：天冬氨酸钠组活性显著下降，而亮氨酸和甘氨酸组在不同压力下均能保持酶活性稳定。

研究结论表明，氨基酸通过多重机制影响粉末压实性能：精氨酸盐酸盐因强吸湿性导致片剂粘结；亮氨酸的褶皱形貌减少颗粒间结合面积，降低片剂强度；疏水性氨基酸（亮氨酸、色氨酸）的表面富集减弱颗粒间相互作用；甘氨酸的塑性变形能力使其在低压下即可实现良好成型。特别值得注意的是，天冬氨酸钠虽能提升片剂机械强度，但会诱发蛋白构象变化导致活性丧失，而甘氨酸能平衡成型性与蛋白保护的双重需求。

这项研究创新性地建立了氨基酸特性-粉末性质-压实行为-蛋白稳定性的关联规律，为设计下一代生物药口服制剂提供了理论依据和实践指导。研究结果对推进高活性生物制剂的剂型创新具有重要应用价值，特别是为压力敏感型蛋白质药物的片剂开发提供了关键辅料选择策略。