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【编辑推荐】为解决高浓度单克隆抗体（mAb）制剂因界面吸附导致的稳定性与有效性问题，研究人员通过 Langmuir 膜天平、红外反射吸收光谱（IRRAS）等技术，探究 mAb 与泊洛沙姆 188（P188）、聚山梨酯 20（PS20）的竞争吸附。发现 P188 刷相（≥0.3 mg/L）可抑制 mAb 吸附，PS20 能解吸新鲜 mAb 层（≤2 h），为制剂抗吸附策略提供依据。
在生物制药领域，单克隆抗体（mAb）因其高特异性和靶向性成为治疗多种疾病的核心手段。然而，高浓度 mAb 制剂在生产、储存和给药过程中面临严峻挑战：气液界面吸附可导致蛋白构象改变、聚集甚至失活，直接影响药物稳定性与疗效。例如，皮下注射时，高浓度 mAb 溶液（最高达 150–200 mg/mL）因界面相互作用易形成颗粒，不仅可能引发免疫原性反应，还会因黏度增加导致注射困难。尽管聚山梨酯 20（PS20）和泊洛沙姆 188（P188）等两亲性聚合物作为 FDA 批准的表面活性剂被广泛用于抑制蛋白吸附，但其作用机制，尤其是与 mAb 在气液界面的动态竞争过程仍不明确。
为揭示这一关键科学问题，德国马丁路德大学哈勒 - 维滕贝格分校（Martin Luther University Halle-Wittenberg）与勃林格殷格翰制药公司（Boehringer Ingelheim Pharma GmbH & Co. KG）的研究团队开展了系统性研究。相关成果发表于《European Biophysics Journal》，为优化 mAb 制剂配方提供了重要理论依据。
研究技术与方法
研究采用多技术联用策略：
- Langmuir 膜天平：测定表面压力（π）随时间和浓度的变化，分析吸附动力学与界面膜稳定性。
- 红外反射吸收光谱（IRRAS）：通过特征官能团（如 mAb 的酰胺 I/II 带、P188 的 C–O–C 键、PS20 的 C=O 键）的积分强度，定量界面分子组成与构象变化。
- 悬滴张力法：监测表面张力动态变化，辅助验证吸附行为与溶液性质的关联。
研究结果
1. 纯组分界面行为特征
- P188 的相态依赖性：低浓度时形成 “煎饼” 或 “蘑菇” 相，表面压力较低（π≈5–11 mN/m）；≥0.3 mg/L 时形成 “刷相”，表面压力达 18 mN/m，亲水聚氧乙烯（PEO）链伸展形成致密屏障。
- PS20 的高效吸附：快速占据界面，表面压力高达 35 mN/m，表明其两亲性强于 P188。
- mAb 的缓慢吸附：需数小时达平衡，表面压力仅 7 mN/m，归因于分子量大（146,000 g/mol）、疏水位点隐蔽，扩散与构象重排缓慢。
2. 竞争吸附的时序与浓度效应
- 同步注射：P188 刷相（1 mg/L）或 PS20（≥0.2 mg/L）可完全抑制 mAb 吸附，IRRAS 显示界面仅有聚合物特征峰；P188 “蘑菇” 相（0.13 mg/L）允许部分 mAb 共吸附，“煎饼” 相（0.11 mg/L）时 mAb 主导界面。
- 先聚合物后 mAb：预形成的 P188 刷相或 PS20 层（≥0.2 mg/L）可阻止 mAb 吸附，界面层厚度与组成保持稳定。
- 先 mAb 后聚合物：PS20 可解吸≤2 小时的新鲜 mAb 层（酰胺峰消失），但对 17 小时的老化层无效；P188 无论何种相态均无法有效解吸 mAb，仅引起界面层压缩或局部重组。
3. 界面重组的时间依赖性
mAb 层随时间发生热力学重组，疏水位点暴露并形成分子间相互作用（如 β- 折叠），导致抗解吸能力增强。IRRAS 显示，老化层的酰胺 I 带强度稳定，且对 PS20 的置换抵抗性显著提升，提示界面蛋白构象锁定可能是关键机制。
结论与意义
本研究系统阐明了 mAb 与两亲性聚合物在气液界面的竞争吸附机制，核心结论包括：
- P188 的相态决定抑制效果：仅刷相（≥0.3 mg/L）通过空间位阻有效屏蔽 mAb 吸附，与制药中常用浓度吻合。
- PS20 的双向调控能力：既可预防吸附，又能解吸新鲜 mAb 层，但受限于界面层老化时间（≤2 小时）。
- 界面重组的动力学壁垒：mAb 层随时间增强的稳定性与分子构象重排密切相关，为制剂生产中快速封闭界面（如减少暴露时间）提供了理论依据。
这些发现为优化 mAb 制剂配方提供了双重策略：通过选择聚合物类型（PS20 vs. P188）与控制给药流程（避免长时间界面暴露），可有效抑制蛋白吸附与聚集。未来研究可进一步结合分子动力学模拟，解析 mAb - 聚合物界面相互作用的原子机制，推动 “抗吸附” 型生物制剂的开发。
