这里全面概述了高浓度 (≥100 mg/mL) 生物制剂相关的挑战，以及与高容量皮下注射生物制剂开发优势与机遇。
1. 高容量替代高浓度
通常高浓度生物制剂被认为是理想的，因为生物制剂需要高剂量，并且制剂体积受到传统 SC 递送方法的限制。“高浓度”生物制剂的定义各不相同。通常使用 ≥100 mg/mL 的截止值。这些高浓度生物制剂约占 FDA 批准药物的三分之一。
高容量 (>3 mL)、低浓度 SC 制剂是高浓度、低容量制剂的替代品。通过多部位注射、更频繁的注射或更长的时间（例如，5-20 分钟）注射可以促进大容量制剂使用。原发性免疫缺陷是最常使用 >10 mL 的高容量免疫球蛋白制剂治疗的病症的一个例子；SC 治疗可以每周到每月使用注射器驱动泵进行一次。在最近的一项早期临床可行性研究中，以恒定速率（20 µl/s）在腹部皮下注射 10 mL（8.2 分钟），在大腿皮下注射 5 mL（4.1 分钟），粘度高达 (20 cP) 注射泵系统在 32 名健康志愿者中被发现是可行且可耐受的。在最近对健康志愿者进行的两项 1 期研究中，皮下注射 4 mL（600 mg）至 40 mL（7200 mg）剂量的 crenezumab 在有或没有与渗透促进剂（透明质酸酶）联合制剂的情况下均具有良好的耐受性，体积、剂量、浓度、流速（≤4 mL/min）或透明质酸酶的存在与否似乎不会影响疼痛或 TEAE 的类型或发生率。同样，在健康志愿者的一项研究中，使用高浓度 mAb 制剂的粘性安慰剂缓冲液特征，以 3.5 mL 的体积，在 1、4 或 10 分钟内在不同腹部象限进行 3 次注射，证明了可接受的耐受性和安全性。
大容量输液泵促进 SC mAb 给药的副作用包括疼痛、瘙痒、红斑和硬结；因此，剂量通常分为多次更频繁的注射，每周一次或每两周一次。虽然 >2 mL 的剂量可以分摊到多个注射部位，或者在多次输注中以较小的剂量给予，但这会降低患者的便利性和依从性，并使血清水平的重现性较差。OBDS 可以促进大容量制剂的在家 SC 给药。自动注射器设计解决方案用于管理注射更大剂量所需的增加的力，包括使用线性弹簧来提供挤压力、压缩气体的膨胀来代替弹簧力，以及使用扭力弹簧和调节器控制力。主容器也已被开发出来，以提高大容量注射所需力的耐受性，但这些装置的体积有限，并且比传统的自动注射器生产更困难且成本更高。
2. 与渗透性增强剂的复合制剂
透明质酸酶（rHuPH20）是一种有效的通透性增强剂，可通过酶促方式改变 SC 空间。透明质酸（也称为透明质酸）是细胞外基质中的糖分子链，可容纳大量的水，提供水合作用并有助于结构支撑。透明质酸酶分解透明质酸，导致细胞外基质的粘度和组织降低，从而导致注射物质的扩散和扩散增强。一项评估大鼠皮下注射透明质酸酶效果的研究发现，它使西妥昔单抗的绝对生物利用度从 67% 增加到 80%，并将淋巴管中的西妥昔单抗回收率从 35.8% 增加到 49.4%，但没有显著影响曲妥珠单抗的生物利用度，可能是因为其绝对生物利用度已经很高（~77-99%）。虽然透明质酸酶可增加吸收，但对生物利用度的影响尚无定论。有充分证明，无需渗透促进剂即可进行大容量 SC 输送；最引人注目的例子是在透明质酸酶复合制剂上市之前和之后大量的 SC 药物上市，包括 Repatha®、ULTOMIRIS® SC、EMPAVELI®、RYSTIGGO® 和 Hizentra® SC。
透明质酸酶等渗透促进剂也可用于促进大容量制剂的皮下注射液体分散。然而，透明质酸酶与某些药物不相容，包括苯二氮卓类药物、呋塞米和苯妥英钠；可能会导致物理或化学制剂稳定性困难；并可能导致需要多次注射。在复合制剂中加入透明质酸酶还需要额外的开发时间和成本，可能会增加输注部位红斑的风险，并且需要与另一种组合产品（例如自动注射器、PFS 或 OBDS）一起开发。当与 PFS 一起施用时，与透明质酸酶共同配制的药物，尽管对于这些粘性制剂使用了较大的针头直径，但仍需要很大的力以恒定的流速手动推动。正如本文所述，重复给药可能会导致护士肌肉骨骼损伤，需要引入 SC 注射泵，这进一步增加了管理费用。此外，注射器和针头的易用性较差，限制了患者的自我给药，而这通常是 SC 启动的关键应用。
3. 物理化学不稳定性
高浓度生物制剂的开发可能具有挑战性，因为它们在较高浓度下的物理不稳定性，包括有限的溶解度、相分离、乳光、不可逆聚集、制造过程中的高溶液粘度、分子间 PPI 、以及生物利用度和免疫原性等临床性能问题。与其他基于蛋白质的生物治疗药物一样，生物制剂在整个开发过程中（包括加工、制剂、储存和分销过程中）会受到物理不稳定性的影响。这些挑战可能会对过滤、过滤器和针头堵塞、保质期和效力产生不利影响，从而导致制造、储存和管理方面出现重大困难。
物理不稳定性最常通过聚集发生，尽管较高的温度和机械应力（例如摇动、泵送）会增加 PPI 和蛋白质解折叠的机会。这些可逆的自缔合涉及多聚体（例如二聚体、三聚体）的单体 mAb 单元的形成，当制剂稀释时，多聚体会解离。根据 Lumry-Eyring 理论，单体首先形成不可逆的核（成核），然后生长为可溶性聚集体。聚集体按尺寸分为小的亚可见颗粒（也称为可溶性或亚微米颗粒<1 µm，亚可见颗粒1 -100 µm和可见颗粒>100 µm被认为是不溶性的）。虽然亚可见颗粒太小，肉眼无法在没有辅助的情况下看到，但它们含有数千到数百万个蛋白质分子。亚可见颗粒可以模仿免疫原性病毒和细菌的大小以及通常未暴露的重复表位的暴露表面。对亚可见颗粒聚集体的免疫反应可能会导致一系列不利影响，包括抗体形成和活性丧失，这可能需要额外的治疗来逆转免疫，并可能降低疗效。
聚集可以通过共价相互作用发生，例如二酪氨酸或混合二硫键，或通过非共价相互作用发生，例如疏水或范德华相互作用、静电力或氢键。还可通过浓度、pH 和离子强度等制剂特性来增加聚集。mAb 可逆的自缔合可导致不可逆、不溶性聚集体形成，并影响溶液的弹性、粘度、浊度、乳光和相变，尤其是在冷藏时。这可能会导致制造困难，例如膜堵塞、高背压和泵送过程中剪切应力增加、以及填充完成单元操作的困难，例如喷嘴堵塞等风险增加。
还可以通过糖、盐、表面活性剂或氨基酸等赋形剂（平衡吸引力和排斥力或调节溶液 pH 值）或通过冻干来降低聚集风险。蔗糖或海藻糖等糖通过诱导蛋白质水合和保留折叠蛋白质结构、减少粉末和液体制剂中的聚集和变性以及充当冷冻保护剂来提高冷冻制剂的长期稳定性来稳定单克隆抗体。盐类，例如亲液硫酸盐和磷酸盐阴离子，可增加蛋白质结构稳定性。非离子表面活性剂，如聚山梨酯 20 或 80 或泊洛沙姆 188，被添加到大多数高浓度 mAb 制剂中，以减少界面处的聚集，但在储存过程中并不总是化学稳定，可能会不稳定，并且具有与多种不良反应相关，包括注射部位疼痛、急性超敏反应和全身免疫刺激反应。聚山梨酯 80 的浓度范围为 0.1–2 mg/mL (0.01–0.2%)，聚山梨酯 20 的浓度范围为 0.1–4 mg/mL (0.01–0.4%)，泊洛沙姆 188 在两种高浓度产品中含量均为 0.5 mg/mL。氨基酸（例如精氨酸）作为降低粘度的方法进行了综述，可用于调节离子强度和减少聚集，并且可用于液体和冻干制剂。高浓度制剂的冻干是降低聚集风险的另一种策略。这种方法的优点包括易于无菌操作和提高稳定性，而缺点包括需要无菌稀释剂、可能较长的重构时间以及设备成本和复杂性。生产和灌装操作困难也可以通过冻干策略来缓解。最后，使用具有低至中等浓度制剂的大容量 SC 设备可能有助于缓解聚集问题。
4. 免疫原性
由于物理不稳定性导致的聚集会增加免疫原性的风险，这涉及对施用的抗体和/或内源性蛋白质的意外免疫反应。抗药物抗体反应 (ADA) 可在单次给药或重复给药后发生，并可引起注射部位和急性超敏反应，增加清除率，并降低功效和反应持续时间。ADA 也与过敏反应和细胞因子风暴等不良事件的风险增加相关。不太常见的是，治疗期间的 ADA 可能会导致不良免疫事件，例如多发性硬化症患者在重组干扰素 β 治疗期间复发率增加，服用重组促红细胞生成素的患者出现纯红细胞再生障碍性贫血，和服用重组血小板生成素的患者的血小板减少症。在小鼠中，SC 给药已被证明比 IV 给药更具免疫原性，以产生总抗体，但对抑制滴度可能没有相同的效果。当将 IV mAb 产品转换为 SC 给药时，通常需要评估所有预期临床使用场景中的免疫原性，例如单一疗法、暂时中断后重新开始治疗以及从 IV 转换为 SC 治疗。
免疫原性受多种因素影响，包括患者相关因素，如年龄、性别、自身免疫状况、免疫状态、人类白细胞抗原单倍型等；产品相关因素，例如剂型和蛋白质序列变异、结构、稳定性、细胞表达系统、翻译后修饰和免疫显性表位；以及治疗相关因素，例如给药途径、剂量、持续时间和频率。免疫原性的临床后果可能差异很大，因此难以预测。皮下注射有时可以比静脉输注触发更成功、更有效的免疫反应，这可能是由于抗原呈递机制的变化以及通过动态皮肤抗原呈递细胞反复暴露免疫系统，并且可能比静脉输注更具免疫原性。与 SC 注射的蛋白质的首过作用可能发生在注射部位，与皮肤驻留和单核细胞衍生的树突细胞以及免疫反应期间带到皮肤的免疫细胞，或在淋巴系统中发生在运输到体循环过程中动态的皮肤来源的抗原呈递细胞。高浓度 mAb 制剂可能由于聚集风险增加而更具免疫原性。
有多种预防免疫原性反应的策略，包括免疫抑制剂，如硫唑嘌呤、巯基嘌呤或甲氨蝶呤；共同施用针对趋化因子受体的抑制剂或功能阻断抗体；减少与产品相关的风险因素，例如蛋白质聚集物和残留宿主细胞蛋白质或内毒素等杂质；蛋白质修饰和重组；和对治疗性蛋白质的耐受诱导。
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参考:
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19420862.2023.2285277#d1e225
