新型表面活性剂与蛋白质在固-液和油-液界面的竞争吸附特性及其在生物制药稳定化中的应用

本研究针对生物制药中界面应力导致的蛋白质聚集和活性丧失问题，通过石英晶体微天平（QCM-D）和张力测定技术，系统分析了传统表面活性剂（PS20、PS80、P188）与新型表面活性剂（VEDS、VEDG-3.3）在固-液和硅油-液界面的吸附行为。研究发现，新型表面活性剂通过缓慢吸附和分子重排形成致密单层，显著优于传统表面活性剂的蛋白稳定效果，为生物制剂开发提供了统一的热力学描述框架。

　　

在生物制药领域，蛋白质药物在生产、运输和储存过程中会不可避免地接触各种界面（如空气-液体、固体-液体），这些界面应力可能导致蛋白质变性、聚集甚至丧失活性，进而引发免疫原性反应。传统解决方案是在制剂中添加表面活性剂（如聚山梨酯PS20、PS80或泊洛沙姆P188），但其作用机制和效果缺乏系统性研究，尤其对新型表面活性剂（如VEDS、VEDG-3.3）的认识不足。

诺华制药的研究团队在《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》发表论文，通过石英晶体微天平（QCM-D，一种实时监测界面吸附质量与粘弹性的技术）和张力测定，首次对比了传统与新型表面活性剂在固-液（二氧化硅传感器）和硅油-液界面的吸附动力学。研究选取了三种不同结构的治疗性蛋白（单抗mAb 1-3、抗原结合片段Fab和部分无序的TP）作为模型，模拟真实制药场景。

关键方法

1. QCM-D技术：实时监测吸附层的频率（Δf）和耗散（ΔD），计算吸附质量与分子排列密度。
2. 张力测定：评估界面张力变化，验证吸附效率。
3. 竞争吸附实验：分为共吸附（蛋白与表面活性剂同时加入）和顺序吸附（先蛋白后表面活性剂或反之），模拟不同制剂条件。

研究结果

Surfactant layer
传统表面活性剂（PS20/PS80/P188）吸附速度快但可逆性高（50%-70%被缓冲液冲洗掉），分子排列松散；而VEDS和VEDG-3.3吸附缓慢但形成不可逆的致密单层，分子面积更小（VEDS为0.45 nm²
/分子，PS80为1.2 nm²
/分子），且伴随明显的分子重排现象。

Protein-surfactant interaction
在共吸附实验中，所有表面活性剂均与蛋白共存于界面，但VEDS/VEDG-3.3能更有效地置换已吸附的蛋白（如mAb 3的置换率达90%）。顺序吸附实验显示，新型表面活性剂对蛋白的“屏蔽效应”更强，降低界面蛋白残留量40%-60%。

CONCLUSIONS
VEDS和VEDG-3.3的独特吸附行为源于其分子结构中的疏水尾链和极性头基的协同作用，致密单层形成后能更持久地抵抗蛋白再吸附。这一发现为解释其卓越的蛋白稳定性能提供了机制基础，并提出了统一的“界面竞争吸附热力学模型”，为优化生物制剂配方提供了新思路。

意义
该研究不仅填补了非气-液界面吸附机制的空白，还揭示了新型表面活性剂在临床制剂中的潜在优势。诺华团队进一步指出，未来可通过调整分子结构设计更高效的表面活性剂，同时需关注不同蛋白模态（如双特异性抗体与Fab片段）的个性化界面行为差异。