FDA批准的單抗產品中有大約三分之一是高濃度製劑（＞100mg/mL），其中約四分之三在2015年後批准。單抗製劑中的蛋白質濃度越來越高，在“擁擠”的環境中，蛋白質-蛋白質間相互作用增強，從而形成可逆聚集，換一個通俗易懂的形容詞，就是“內卷”。

這期就讓我們來聊聊高濃度製劑開發的故事。

“卷王”的自我修養

對於高濃度單抗製劑而言，其優勢是顯而易見的。高濃度單抗注射液一般透過皮下注射的方式進行給藥（上市產品中約76%），相比靜脈給藥，其具有減少患者治療時間和痛苦的優點。另外，高濃度單抗注射液從西林瓶劑型轉換到預灌封注射器（PFS）劑型（上市產品中約50%）後，還可以將製劑灌裝的增加裝量體積從20-25%降低到2-3%，顯著節約生產成本。總的來說，高濃度單抗製劑可以提高患者依從性、節省成本和醫療資源。

蛋白質“內卷”背後的X因素

高濃度單抗製劑的挑戰：就單抗而言，臨床劑量通常高達數百毫克到克級別，由於皮下注射體積一般不大於2mL，因此皮下注射製劑的單抗濃度通常大於100mg/mL。同時，高濃度單抗製劑在生產工藝（如原液的超濾/濃縮，注射液的混合、過濾、灌裝）、單抗質量（蛋白聚集和粘度）、分析方法和注射器研究方面具有更大的挑戰。對於製劑開發來說，核心是解決溶解度、蛋白聚集和粘度三大挑戰。蛋白質聚集通常會減弱生物活性和增強免疫原性的風險，較高的粘度會使生物藥的生產變得困難以及成本增加，導致潛在的質量和安全問題，也會限制預灌封注射器等的使用。

蛋白質“內卷之道”

高濃度單抗製劑的策略：

單抗濃度

當蛋白質濃度較高時，蛋白質之間的距離減少到分子大小範圍（100-200mg/mL時，平均距離為1-5nm），蛋白質-蛋白質相互作用變得顯著（例如暴露的疏水基團間相互碰撞、空間效應、靜電相互作用、範德華相互作用、氫鍵和偶極-偶極相互作用等），形成可逆聚集體，意味著蛋白聚集增加和粘度呈指數級增加。所以在製備高濃度單抗製劑時，需要根據單抗的結構特性和臨床給藥的需求，合理地選擇單抗濃度。

上市產品中常用的輔料

目前FDA批准的34個高濃度製劑中，使用頻率較大的輔料有：聚山梨酯80和20（94%），組氨酸（82%），蔗糖（48%），精氨酸（27%），氯化鈉（18%），甲硫氨酸（18%），醋酸（12%），海藻糖（12%），脯氨酸（9%），山梨醇（9%），磷酸鈉（6%），泊洛沙姆188（6%），EDTA（6%）和檸檬酸（6%）。因此，在高濃度單抗製劑開發時，建議優先評估上市產品中使用的輔料。

非還原糖

高濃度製劑中，蔗糖依舊是使用最多的穩定劑。非還原糖（如蔗糖）透過優先水合現象（極性較大的輔料傾向與水分子相互作用，因此被排除在蛋白質分子的水合層外，提高蛋白質水合層的穩定性）來提高蛋白質的溶解度，維持單抗分子的構象穩定性和膠體穩定性，防止形成不可逆的聚集體。但是，非還原糖通常會增加單抗的粘度，因此在引入非還原糖的同時，我們需要應用多種策略來降低粘度和聚集。

降低粘度的輔料

高濃度製劑中，常用於降低粘度的輔料有精氨酸、氯化鈉和脯氨酸等。精氨酸是兩親性分子，與蛋白質可形成氫鍵，同時減少單抗分子間的靜電和疏水相互作用；脯氨酸的疏水基團可與單抗暴露的疏水區域作用，從而降低單抗分子暴露的疏水基團間相互作用，減少氧化、脫醯胺基和水解；氯化鈉是離子型輔料，在高濃度製劑中可以適當增加離子強度，透過長距離靜電遮蔽作用降低高濃度單抗溶液的粘度。因此上述輔料均透過各自的作用機制減弱了蛋白質-蛋白質相互作用，從而增加蛋白質穩定性，減少聚集和降低粘度。

輔料在降低高濃度製劑的粘度的同時，也會給蛋白質穩定性帶來一定風險。例如精氨酸可能降低蛋白熱轉變溫度（Tm），使單抗的構型穩定性降低；也可能因其胍基結構（與變性劑鹽酸胍相似），在高溫情況下使單抗片段增加。因此，在高濃度製劑的輔料選擇過程中需要考慮降低粘度和引起蛋白質穩定性風險兩者之間的平衡。

製劑緩衝液

緩衝液的種類、pH值和濃度會影響蛋白質表面電荷分佈、型別和數量，並進一步透過影響靜電相互作用從而影響蛋白質的構象和膠體穩定性。通常，溶液pH從偏酸性增加到中性時或接近單抗分子的PI值時，單抗聚集體呈現增加趨勢。同時，對於高濃度皮下注射製劑而言，最常用的緩衝液是組氨酸。與醋酸和檸檬酸緩衝液相比，組氨酸不僅在蛋白質適合的pH 4。7~7。2範圍內具有較好的緩衝能力，且在皮下注射時具有較少的疼痛感，也是選擇高濃度製劑緩衝液的考慮點之一。

PS80降解

高濃度製劑中使用最多的表面活性劑是PS80，其可以很好地防止在固液介面、液氣介面、振搖和攪拌過程中的蛋白質聚集。但是由於PS80在長期儲存過程中容易發生氧化和水解降解，對於高濃度單抗製劑而言，若其中宿主細胞蛋白相對較高，則更易導致處方中聚山梨酯80的水解，形成脂肪酸顆粒，從而誘發可見異物等問題。因此，高濃度製劑更加需要關注PS80的穩定性和降解情況，及早最佳化相關工藝及開發檢測方法。

其他策略

高濃度單抗注射液通常採用預灌封注射器（PFS）作為初級包裝材料，因此還需進行一系列的研究來評估可注射性、PFS矽化對單抗穩定性的影響等。除了常規的製劑手段，一些降低粘度的新型輔料正不斷獲得開發和嘗試，如Comera Life Sciences公司把咖啡因作為輔料進行商品化開發，ExcelseBio公司最佳化氨基酸混合物的EXCELSE高濃度製劑技術。另一方面，在突破皮下注射給藥的限制方面，也已經取得顯著的成績。以貼片式注射器為代表的大體積皮下給藥裝置技術，通常可以給藥達50mL，粘度達30cp，如Repatha，UROSCIX等產品和SmartDose，Libertas，Lapas等給藥系統。使用Halozyme公司的透明質酸酶 rHuPH20技術可降解人皮下組織中網狀的透明質酸，促進藥物的分散和吸收，上市產品包括Herceptin SC（5mL），Phesgo（15mL），MabThera SC（12。7mL），HyQvia ，Darzalex Faspro等。

高濃度單抗製劑開發具有很好的臨床優勢，但通常要解決聚集和粘度問題。面對挑戰高濃度製劑這一令人心動的“offer”，而

我們無論是在製劑開發平臺的建構，還是在專案的開發和申報上，都擁有足夠輝煌的戰果和底氣

，讓我們乘風破浪、接受挑戰！

HJB擁有一個較成熟的高濃度單抗製劑開發平臺，多個高濃度單抗製劑專案處於IND開發和申報階段，其中一個蛋白濃度為100mg/mL的單抗製劑專案已經獲美國和中國FDA批准進入臨床試驗，正在進行後期工藝開發。

你的蛋白質“卷”了嗎？

參考文獻：

1。 Shawn Shouye Wang， Yifei （Susie） Yan， Kin Ho。 US FDA-approved therapeutic antibodies with high-concentration formulation： summaries and perspectives。 Antibody Therapeutics， Volume 4， Issue 4， October 2021， Pages 262–272。

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3。 Advait V Badkar， Rajesh B Gandhi， Shawn P Davis， et al。 Subcutaneous Delivery of High-Dose/Volume Biologics： Current Status and Prospect for Future Advancements。 Drug Design， Development and Therapy， Volume 2021：15 Pages 159—170。