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揭秘島津生物藥聚集體粒子表征的創新之道
導讀
生物藥發生聚集后藥效會明顯減弱，還可能導致人體出現休克，島津基于流動成像技術開發的粒子分析系統，對生物藥中亞可見類聚集體以及不溶性微粒物或外源性組分檢測提供了全新分析手段。
受疫情影響，世界各國經濟遭受重創，在面臨資本寒冬的大環境中生物醫藥產業*，逆勢增長，儼然成為世界經濟發展以及健康保障的指明燈。生物藥可對病原體進行特異性攻擊，副作用小，藥效顯著，但易受到環境溫度、壓力、存儲條件、外界異物引入等因素影響而發生聚集。研究表明，生物藥發生聚集后藥效會明顯減弱或消失，嚴重時還會因免疫反應而導致人體出現休克癥狀。
對于生物聚集體的分析，小于100nm的不可見聚集體通常使用空間排阻色譜法（SEC）檢測，對于10um以上可見區聚集體美國藥典和日本藥典規定使用光阻法進行檢定，但在100nm至10um之間并無合適的定量評價方法。2020版中國藥典第四部關于不溶性微粒物檢查，第一法光阻法，第二法顯微計數法。光阻法只能給出計數濃度，不能查看粒子形貌及聚集狀態，顯微計數法雖然能查看粒子形貌及個數，但檢定效率低且代表性差。
圖1 生物聚集體大小及粒徑范圍分布
島津iSpect DIA-10基于流動成像技術開發的粒子分析系統綜合了粒度、顯微觀察、粒子計數三類儀器的特點，可以精確捕捉粒子形貌、粒徑大小分布、能對不同大小粒子進行有效區分并給出對應粒徑范圍粒子的計數濃度結果，低僅需50uL樣品消耗且有非常高的靈敏度。對于生物藥中亞可見類聚集體的檢定以及相關的不溶性微粒物或外源性組分檢查可提供一個全新分析手段。
圖2 島津iSpect DIA-10動態顆粒圖像分析系統
應用實例 生物藥中不溶性亞可見微粒物的檢查
樣品處理：人體免疫球蛋白（1mg/mL）兩份，一份80℃加熱3min，一份機械攪拌10min
樣品分析：使用iSpect DIA-10分別觀察其蛋白聚集形成狀態
圖3 80℃加熱3min后粒子狀態 圖4 機械攪拌10min后粒子狀態
圖5 粒子檢定結果
生物蛋白聚集體的粒徑范圍一般在0.2～10um之間，傳統的蛋白聚集體評價方法中存在“無法一次性完成亞可見區的測定、”無法邊施壓（加熱或機械刺激）邊測定“、”無法回收已測樣品“和“無法進行定量”等問題。島津開發的生物醫藥聚集體評價系統Aggregates Sizer可以完美解決上述問題。
圖6 生物聚集體評價系統Aggregates Sizer
? 定量評價生物聚合體濃度（ug/mL）
? 高靈敏度生物聚合體分析，一次僅需0.4mL
? 具有溫度控制及機械攪拌功能
? 間隔1秒的超快速聚集過程監控
? 可進行超過15小時的連續不間斷測定
應用實例 不同溫度及機械壓力刺激下，生物蛋白聚集情況分析
樣品：靜脈注射免疫球蛋白（IVIG）
熱壓力處理：在70℃下對1mL IVIC溶液進行5、7、9分鐘培養后，取0.4ml進行測定
機械刺激處理：5mL IVIC溶液室溫中按190次/分鐘速度攪拌，進行8個小時的連續測定
通過Aggregates Sizer生物醫藥聚集體評價系統對聚集體粒徑、生成的聚集體濃度隨時間的變化進行評價，結果如圖7、圖8所示。由圖可知，施加熱壓力時，只在0.2um附近增加聚合體，而1um以上的粒徑處并未生成聚集體。施加機械刺激時，隨著時間的增加，可以發現在0.2～10um區域聚集體增加。FDA認證中將亞可見區分為0.2～2um和2～10um兩個區域進行分別評價，而使用Aggregates Sizer只需一次測定即可得到整個區域的聚合體生成量信息。Aggregates Sizer采用的qLD法可以有效評價蛋白質在研發制造過程中受熱壓或機械刺激對生物藥品的影響評價。
圖7 70℃加熱 圖8 190次/分鐘速度攪拌
總結
生物藥具有副作用小藥效顯著的特點，但在生產、運輸、使用過程中容易產生聚集而影響藥效，在生物聚集體大量存在的100nm～10um粒徑范圍內并無有效的評價方法，無相關的在線模擬實驗（溫度、機械壓力影響）手段、無法進行定量分析、無法回收已測樣品等，針對這一系列問題，島津開發的Aggregates Sizer生物醫藥聚集體評價系統以及基于流動成像技術開發的iSpect DIA-10粒子分析系統可以很好的解決上述問題，可為生物藥開發及品質監控提供全新的解決方案。