Physikalische Bewertungstechniken in der Entwicklung von Biopharmazeutika: Herstellungsprozess

von Malvern Panalytical, Tuesday, 17th August 2021

Wir präsentieren die Punkte, die in den verschiedenen Phasen der Biopharmazeutika-Entwicklung bewertet werden sollten und die Bewertungstechniken von Malvern Panalytical, die dies ermöglichen. Auf dieser Seite stellen wir Ihnen im Detail den „Herstellungsprozess“ vor.

Sobald die Formulierungsbedingungen festgelegt sind, ist der nächste Schritt die Skalierung. Mit fortschreitendem Produktionsprozess können unlösliche submikronische Aggregate (SVP von 100 bis 1000 nm), die im kleinen Maßstab nicht sichtbar waren, in Erscheinung treten. Berichte legen nahe, dass SVPs mit einem erhöhten Risiko für Immunogenität verbunden sind. Das Immunsystem des Patienten kann Proteinaggregate als infektiöse Partikel wie Viren erkennen und unerwünschte Immunantworten hervorrufen. Die Messtechniken von Malvern Panalytical unterstützen die Bewertung von SVPs während der Skalierung.

Bewertung der Größenveränderung durch mittleren Partikeldurchmesser und PdI (DLS・SLS)

Vergleich der Größenänderung von Antikörpern vor und nach dem Herstellungsprozess

Da Proteine aus Polypeptidketten bestehen, die empfindlich auf verschiedene Behandlungsbedingungen wie Zubereitungs- und Lagerungsmethoden sowie Puffer reagieren, ist es wichtig, die physikalischen Veränderungen während des Herstellungsprozesses zu verstehen. Mit Hilfe von dynamischer Lichtstreuung (DLS) und statischer Lichtstreuung (SLS) kann man Aggregation und Fragmentierung bewerten. Das untere Diagramm zeigt die DLS-Ergebnisse von unbehandelten und behandelten therapeutischen Antikörpern. Die X-Achse zeigt die Größe, während die Y-Achse die Verteilung der Lichtintensität (Intensity(%)) darstellt. Der mittlere Partikeldurchmesser des unbehandelten Antikörpermusters (blau) beträgt etwa 11 nm, während der behandelte (rot) etwa 50 nm beträgt und das Vorhandensein von Aggregaten bestätigt wird. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass sich vor und nach der Behandlung Änderungen im Antikörpermuster ergeben. Außerdem übersteigt der Polydispersitätsindex (PdI), der den Grad der Verteilung beschreibt, bei 0,14 und 0,1 der unbehandelten Antikörperprobe, was darauf hindeutet, dass auch kleine Antikörperfragmente vorhanden sind. Dieses Ergebnis stimmt mit dem Ergebnis der absoluten Molekularmasse der zwei in der Tabelle gezeigten therapeutischen Antikörper, die durch SLS bestimmt wurde und leicht unter dem theoretischen Wert von 145 kDa liegt, überein.

Indem man die Größenveränderung im Herstellungsprozess mit DLS und SLS detailliert überwacht, kann man auf Aggregation und Fragmentierung schließen.

Tabelle: Ergebnisse der statischen Lichtstreuungsmessung

※Das ideale Molekulargewicht des Antikörpermusters beträgt 145 kDa
→Durch die Kombination von DLS und SLS kann die Aggregation und Fragmentierung während des Herstellungsprozesses detaillierter überwacht werden.

Optimierung der Formulierung durch mittleren Partikeldurchmesser (DLS)

Zeitliche Beobachtung der Größenänderung von Mikrolösungen, die das Medikament aufgenommen haben

Die Größencharakteristik von Mikrolösungen ist entscheidend, um eine sichere und effektive Verabreichung zu gewährleisten. Durch die Überwachung der Größenverteilung mit DLS können wertvolle Informationen zur Optimierung der Formulierung gewonnen werden. Das obere Feld zeigt die Auswirkungen der Medikamentenaufnahme in die Mikrolösung. Die X-Achse zeigt die Größe, während die Y-Achse die Verteilung der Lichtintensität (Intensity(%)) darstellt. Rot steht für die reine Mikrolösung, Grün für die Mikrolösung + Medikament. Durch die Aufnahme des Medikaments verschiebt sich das Hauptpeaks ohne Medikament von einigen Dutzend nm nach rechts, was auf eine Vergrößerung der Größe hinweist. Der Peak um 2 μm repräsentiert das aus der Mikrolösung ausgeschiedene unlösliche Medikament. Das untere Feld überwacht den mittleren Durchmesser der mit Medikament versehenen Mikrolösung nach Verdünnung. Die Y-Achse zeigt den Z-Durchschnittspartikeldurchmesser. Wenn kein Medikament austritt, sollte der mittlere Durchmesser konstant bleiben, so dass eine Größenvergrößerung mit dem Austritt des Medikaments verbunden ist.

Indem man die Veränderung des mittleren Durchmessers der Mikrolösung verfolgt, kann auch der Anteil des austretenden Medikaments überwacht werden.

Durch die Überwachung der Größenänderung der Mikrolösung mit DLS kann die Formulierung optimiert werden.

→Durch die Überwachung der Größenänderung der Mikrolösungen mit Partikelgrößenverteilung und mittlerem Partikeldurchmesser kann die Formulierung optimiert werden.

SVP-Konzentrationsquantifizierung durch Lichtstreuung bei hohen Konzentrationen (NTA)

SVP-Detektion durch hohe BSA-Konzentration

Im späteren Verlauf des Herstellungsprozesses wird die Proteinkonzentration hoch, weshalb es wichtig ist, die Dispersionsstabilität auch in diesem Zustand zu bewerten.

Da die Nanopartikel-Tracking-Analyse (NTA) submikronische und nanoskalige Partikel in Flüssigkeiten erkennen kann, die unter optischen Mikroskopen nicht sichtbar sind, eignet sie sich zur Quantifizierung der SVP-Konzentration.

Das untere Diagramm zeigt die Analyse der SVP in BSA-Lösungen unterschiedlicher Konzentrationen unter denselben Formulierungsbedingungen mithilfe von NTA. Beim Vergleich der Partikelgrößenverteilung jeder BSA-Konzentration wurden bei 50 mg/mL (blau) kaum Partikel über 400 nm nachgewiesen. Mit zunehmender Konzentration nimmt der Anteil an Partikeln über 400 nm zu.

Mit NTA kann man die Konzentrationsveränderung von SVPs aufgrund unterschiedlicher Probendichten messen.

→Visuelle SVP-Bestätigung und Quantifizierung bei hohen Konzentrationen möglich

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Download des PDF-Katalogs

Hier können Sie den PDF-Katalog mit allen Informationen herunterladen (eine Registrierung auf der Malvern Panalytical-Website ist erforderlich).

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