生物药制剂开发中的双重应力挑战：振荡模式与初级包装界面对单抗聚集的影响机制研究

《Pharmaceutical Research》：A Tale of Two Stressors in Biologic Drug Product Development: Shaking Mode and Primary Packaging

本文聚焦生物药制剂开发中机械与界面应力诱导的单克隆抗体(mAb)不稳定性问题。研究团队通过对比水平与轨道振荡模式，结合硅烷化玻璃瓶与未处理瓶的界面化学差异，系统性评估了西妥昔单抗(Cetuximab)和托珠单抗(Tocilizumab)的聚集行为。结果表明，水平振荡能更敏感地揭示mAb的界面不稳定性，而聚山梨酯80(PS80)的添加及硅烷化瓶壁的协同作用可显著抑制聚集。该研究为制剂开发中应力模型的科学筛选和界面工程策略提供了关键实验依据，对提升生物药稳定性具有重要指导意义。

　　

在生物药研发的征途中，单克隆抗体（mAb）等大分子药物犹如精密仪器，对外界压力极为敏感。从生产、运输到临床使用，它们不断遭遇机械振动、界面吸附等多重挑战，其中蛋白聚集是最常见的“致命伤”——不仅降低疗效，还可能引发免疫反应。然而，当前行业常用的加速稳定性测试多依赖于温和的轨道振荡，却忽视了真实世界中更为剧烈的水平晃动及容器表面对蛋白的“吸附陷阱”。这一盲点可能导致制剂方案在实验室表现优异，却在现实场景中“意外翻车”。

为破解这一难题，爱荷华大学药学团队在《Pharmaceutical Research》发表研究，以西妥昔单抗（Cetuximab）和托珠单抗（Tocilizumab）为模型药物，开展了一场“应力对决”。他们设计了一套精细的对比实验：将两种mAb置于水平与轨道振荡器中“颠簸”72小时，同时更换不同表面性质的玻璃瓶（未处理瓶 vs. 硅烷化疏水瓶），并考察了经典稳定剂聚山梨酯80（PS80）的保护效果。通过多种尖端分析技术联用，研究者试图回答：何种振荡模式更能暴露制剂弱点？容器界面化学如何暗中左右蛋白命运？

关键技术方法

研究采用正交分析策略：通过尺寸排阻色谱（SEC）量化可溶性高分子量物种（%HMWS），动态光散射（DLS）监测亚微米级聚集，流形成像显微镜（FIM）统计亚可见颗粒（SVP>2μm、>10μm、>25μm），紫外-可见光谱（UV-Vis）通过OD₃₅₀吸光度评估光散射强度，并结合视觉检查记录可见颗粒。所有实验均使用市售mAb原液经缓冲液置换后配制，在严格控制填充体积（2.0 mL）、浓度（0.5 mg/mL）和振荡参数（200 RPM）下进行三重重复实验。

研究结果

可见颗粒评估

水平振荡下，不含PS80的西妥昔单抗在两种玻璃瓶中均产生大量可见纤维状颗粒（++），而轨道振荡组与所有托珠单抗样本均保持澄清。PS80的添加几乎完全消除了可见颗粒，凸显其界面保护作用。

可溶性聚集分析

SEC检测显示，所有样本的%HMWS均低于0.4%，且组间差异微小。尽管西妥昔单抗在轨道振荡后出现统计学显著变化（p=0.0309），但绝对值过低，提示SEC对机械应力诱导的聚集不敏感，可能与聚集体以不溶性形式为主有关。

亚微米聚集动态

DLS数据显示，西妥昔单抗在水平振荡后出现流体动力学半径增大（6.4±1.4 nm）及多峰分布，提示早期聚集；而托珠单抗始终维持单分散性（半径≈5.5 nm）。PS80的加入使西妥昔单抗在水平振荡下保持胶体稳定（半径=5.5 nm，PDI=0.0），再证表面活性剂的“界面盾牌”功效。

亚可见颗粒爆发

FIM结果最为显著：水平振荡使不含PS80的西妥昔单抗>2μm颗粒激增至16,406颗粒/mL（p<0.0001），>10μm颗粒同步上升；同一条件下，托珠单抗颗粒数始终低位平稳。硅烷化瓶中西妥昔单抗的>2μm颗粒进一步飙升至44,593颗粒/mL，说明疏水表面可能加剧界面吸附-脱落循环。

光散射信号

UV-Vis OD₃₅₀值与FIM趋势吻合：西妥昔单抗在水平振荡后散射强度骤升（p<0.0001），而含PS80样本及所有托珠单抗组均无显著变化。

结论与启示

本研究揭示了振荡模式的选择对制剂风险评估的决定性影响：水平振荡通过更强的界面剪切与三相（固-液-气）界面扰动，能灵敏捕捉到轨道振荡难以发现的聚集风险（如西妥昔单抗）。而托珠单抗的“天生稳定”则警示我们，不同mAb的应力敏感性存在分子特异性，盲目套用温和测试可能遗漏关键隐患。

更具启发性的是初级包装界面与制剂的协同作用：硅烷化瓶壁的疏水性虽可能单独加剧蛋白吸附，但与PS80联用时却通过调控界面能场，显著降低聚集水平。这指向“界面工程”新思路——通过理性设计容器表面性质与辅料组合，主动塑造有利于蛋白稳定的微环境。

总之，该研究呼吁制剂开发应从“单一应力模拟”迈向“多界面耦合应力评估”，结合分子特性定制差异化策略。唯有如此，才能打造出真正经得起现实考验的生物药制剂，让每一支抗体药物都能安全抵达患者身边。