脂质体制备中 CMA 和 CPP 的识别以及如何链接到 CQA

企业   2024-09-13 07:36   上海  

在基于脂质体的药物制剂的开发过程中,可通过风险评估确定可能影响最终/中间产品所需关键质量属性 (CQA) 的所有材料属性 (MA) 和/或工艺参数 (PP)。然后,风险分析评估已识别的材料属性和工艺参数对 CQA 的影响。此外,通过风险评估,可将定性或定量尺度用于对所需 CQA 有影响的每个已识别因素的风险估计。通常,在对潜在的材料属性和工艺参数进行风险评估后,会发现只有其中的少数对最终药品的质量属性具有潜在的关键意义。在这种情况下,确定的材料属性将成为关键材料属性 (CMA),它必须具有某些特征或应在适当的范围内选择,以确保中间体/最终药物产品的 CQA。关键工艺参数 (CPP) 是那些应该被监测和控制的工艺参数,以便获得所需的中间体/最终药物产品的 CQA。用于风险评估的工具很多,但使用最多的是用于风险识别的石川图或鱼骨图,以及用于风险评估的故障模式和影响分析。风险评估应在药物产品开发的第一步进行,建议在药物开发的不同阶段重新考虑对这些风险因素的分析。


对于脂质体药物,为了建立 CMA,需对其主要成分进行评估,即活性物质、脂质和缓冲溶液等其它成分。每种活性物质具有不同的理化特性,可以影响所需的 CQA 。根据其溶解度,它可以被包裹在水核或脂质双层中。为了达到更大的治疗效果,可能会在同一产品中包封多种活性物质,此时,一种物质的不同理化性质可能会影响另一种药物的包封过程。


关于脂质,它们的物理化学特性很重要。例如,含有不饱和脂肪酸的脂质易于发生氧化或水解等降解反应,而含有饱和脂肪酸的脂质具有更高的转变温度 (Tm) 。脂质的另一个具体特征是它们的链长。通常,较短的链长会导致更薄的脂质双层和更大的药物包封内部体积。脂质特性会对脂质体的膜流动性、渗透性或电荷产生很大影响。在这方面,胆固醇增加脂质体稳定性,降低膜流动性,因此有助于提高包封效率。


为了获得延长的血液循环或优化的药物释放,用于表面改性的不同化合物必须在风险识别和分析过程中进行评估。例如,当使用壳聚糖时,其浓度、溶解度和分子量会影响脂质体的大小。对于聚乙二醇 (PEG),脂质体表面的分子量和密度会影响生物分布和粒径。


除了脂质体成分的性质外,它们的浓度和比例也很关键。在不同研究的风险评估中确定的一些需考虑的比例包括:有机相与水相的比例、胆固醇与卵磷脂的比例、氯仿与甲醇的比例、磷脂与胆固醇的摩尔比以及药物脂质比。


关于制备过程,已经开发了许多技术和方法,如薄膜水化、乳化和反相蒸发,但最常用的仍然是薄膜水化法。从包封效率的角度来看,为了使这种方法更有效,蒸发和水化步骤中的温度或转速等参数至关重要,必须对其进行优化。薄膜水化法的最大缺点是所得脂质体绝大多数为微米级,具有多层结构,其特点是脂质含量高,内部体积小。因此,必须减小粒径,以增加其内部体积并控制粒径和降低粒径分布。为了减小脂质体的大小,可以使用多种技术,如超声、冻融循环或挤出。通过筛选实验设计比较这些粒径减小方法,发现它们对粒径分布和包封效率都至关重要。当通过膜挤出减小粒径时,膜孔径、温度和施加的压力是重要的工艺参数,因为这些因素决定了最终的粒径并且会严重影响最终的包封效率。超声处理过程需要优化其时间,以达到所需的脂质体大小。对于冻融循环过程,可以考虑调整循环次数,以获得所需的粒径。


风险评估后,QbD 开发的下一步是使用实验设计 (DoE) 将已识别的 CMA 和CPP 与 CQA 联系起来。使用 DoE 的最大优点是它可以跟踪研究因素、CMA 和 CPP 之间的相互作用,并且可以在识别的变量和结果之间建立定量关系。


药 物 含 量


药物含量最常根据包封效率进行优化,而不是药物浓度,因为包封效率更好地反映了制备过程的性能和稳健性。对包封效率影响最大的因素是:药物和磷脂的量、胆固醇浓度、脂质和药物的性质、不同成分之间的交互、脂质与药物的比例以及各个工艺参数。其中,多项研究通过 DoE 方法确定,脂质摩尔比和脂质药物比是包封效率优化的最关键参数。使用大量脂质制备脂质体有利于形成许多具有显著内部体积的囊泡,以用于药物封装,因此,亲水性药物的包封效率增加。由于所谓的“口袋”理论,假设胆固醇可以在脂质双层内产生不同大小的口袋,活性药物底物(API) 可以被包裹在其中,因此在脂质体制剂中加入胆固醇不仅会增加它们的稳定性,还会增加药物含量。不饱和脂质的使用被证明具有类似的效果,不饱和脂质在脂质双层内形成口袋,亲脂性药物可以被包裹在其中。


包封效率也可能受到工艺参数的影响。在制备装载免疫抑制剂 FK50 的脂质体过程中,使用部分析因设计来建立水化温度等工艺参数与冻融循环次数之间的联系,突显了这些工艺参数之间的相互作用。据观察,通过使用增加的循环次数和高水合温度,包封效率会降低,因为在高温下重复冻融循环可能会导致 FK506 从脂质体膜中渗漏。在另一项研究中,观察到薄膜水化过程中的温度和溶剂蒸发过程中的转速等工艺参数至关重要。使用高于 Tm 的高温,封装药物的浓度增加,因为在高温下,脂质双层更易流动并允许截留更多药物。此外,在成膜过程中使用高转速会对包封效率产生很大影响,因为这会导致形成更薄的脂质双层,从而更容易水合。


粒径和粒径分布


保持受控的粒径和低多分散系数(PDI) 是制备脂质体时的主要挑战之一,可通过使用 DoE 改进这些参数的优化。有许多影响这些参数的关键因素,包括与配方和工艺相关的因素。可通过筛选实验设计检查磷脂浓度、活性物质浓度、工作温度、缓冲液 pH 值以及磷脂与胆固醇比例对脂质体大小的影响。


关于脂质浓度的影响,不同的研究显示了与该因素相关的粒径的不同结果。通常,随着脂质浓度的增加,脂质体粒径增加,同时 PDI 值增加。另一个观察结果是,将脂质浓度增加到一定值以上会导致粒径变小,这可能是由于脂质双层重排成更多粒径更小、粒径分布更好的脂质体。对于脂质类型,研究观察到其对脂质体粒径的不同影响。


活性物质会基于其物理化学性质影响脂质体粒径。据观察,以高浓度使用亲脂性化合物槲皮素时,可能会取代脂质双层中的一些脂质,导致粒径减小。另一方面,由于活性物质与脂质之间的相互作用,高浓度的水性化合物普伐他汀会导致脂质体粒径变小。


Zeta 电 位


该参数受离子强度、pH、双层组成或带电脂质和工艺参数等因素的影响。为了调节该值,不同的稳定剂,如硬脂胺和磷酸二乙酰,或改性脂质,可以掺入脂质双层中。可以优化这些赋形剂的浓度,以获得最佳稳定性。在传统的脂质体中,胆固醇与卵磷脂的比例会影响 zeta 电位值。通过 DoE,研究确定了影响 zeta 电位值的关键参数。例如,筛选设计研究用于确定哪些配方因素(脂质浓度、胆固醇浓度、壳聚糖浓度、药物浓度、有机相/水相比)和工艺参数(温度、搅拌速度、超声处理时间)对有壳聚糖成分的脂质体的 zeta 电位有显著影响。


体内稳定性和药物释放


通过选择合适的脂质双层组合物,可以实现更高的体内稳定性。为了维持这一点,观察到在制剂中使用饱和脂质或胆固醇,脂质双层稳定性增加,单核吞噬细胞系统的脂质体摄取将减少。另一种使用的途径是掺入不同的赋形剂,例如神经节苷脂 GM1、磷脂酰肌醇或 PEG-脂质,形成空间屏障,防止它们从系统中清除。脂质体积聚被清除的器官是肺、肝、脾和肾。据观察,那些具有负表面电荷的脂质体在肿瘤细胞中表现出较高的摄取,而在肝细胞中表现出较慢的摄取。


取决于活性物质的亲脂性或亲水性,释放动力学是不同的,因为通过脂质体膜的扩散受其物理化学特性的影响。当在体外研究从同一脂质体系统释放两种不同的亲脂性药物和一种亲水性药物时,就会显示出这种行为。与亲水性药物相比,亲脂性药物由于其不同的特性表现出延长的释放和更小的总药物释放。


对于 pH 敏感脂质体,体外药物释放的目标是在生理条件下具有非常好的包封药物稳定性,并在特定 pH 值下触发药物释放。为实现这一目标,使用具有膜去稳定作用的赋形剂及其浓度优化是关键。

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脂质体挤出仪


气动型脂质体挤出器连接氮气驱动,通过挤压多层脂质体悬浮液来生成单层的脂质体和核酸载体。多层样品被强制反复通过带预定孔径的聚碳酸酯过滤器,行成均匀的、粒径更小的50-1000nm的脂质体。


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  • 可用于高浓度样品的处理;



工业化脂质体生产线现场照片


中空纤维过滤器


中空纤维是最常用的超滤/洗滤技术之一,在中空纤维过滤组件中,料液呈温和的层流状态,可有效降低对料液中目的产品的剪切应力,从而有利地维持产品的结构和功能完整性,这对于剪切敏感性产品尤为重要,如基于脂质体的制剂。多宁生物提供完整规格的中空纤维过滤器组件产品。


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参考文献:
A.Porfire, M.Achim, C.Barbalata, et al., Pharmaceutical Development of Liposomes Using the QbD Approach. Liposomes, 2019.

B.Sayani, A.Hemant, R.Durgaprasad, Pharmaceutical Development and Design of Thermosensitive Liposomes Based on the QbD Approach. Research Journal of Pharmacy and Technology, 2019.

D.G.Dobo, Z.Nemeth, B.Sipos, et al., Pharmaceutical Development and Design of Thermosensitive Liposomes Based on the QbD Approach. Molecules, 2022.

Z.Nemeth, E.Pallagi, D.G.Dobo, et al., An Updated Risk Assessment as Part of the QbD-Based Liposome Design and Development. Pharmaceutics, 2021.


                     

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