6月15日，蓋茨基金會(huì)聯(lián)席主席比爾?蓋茨在京訪問 GHDDI，并發(fā)表題為“以創(chuàng)新之力，應(yīng)對(duì)全球挑戰(zhàn)”的主旨演講，并表示：“mRNA 疫苗技術(shù)使預(yù)防結(jié)核病和瘧疾等疾病的疫苗成為可能。”mRNA疫苗的發(fā)展也得益于凍干技術(shù)這一領(lǐng)域的突破性應(yīng)用。

（來源：“以創(chuàng)新之力，應(yīng)對(duì)全球挑戰(zhàn)”的主旨演講）

疫苗可以說仍是mRNA賽道上目前最主要的一大研發(fā)方向，而在此之外，逐漸成熟的mRNA技術(shù)也被應(yīng)用于其他藥物領(lǐng)域，包括細(xì)胞與基因治療、抗體藥物、蛋白替代療法等，

具體如下：

mRNA技術(shù)核心離不開納米顆粒

預(yù)防傳染性疾病絕不是mRNA的全部使命，用mRNA技術(shù)攻克腫瘤才是各大巨頭接下來的主戰(zhàn)場(chǎng)。mRNA技術(shù)正在向各個(gè)領(lǐng)域滲透，帶來新的變革。作為mRNA技術(shù)核心的藥物遞送系統(tǒng)繞不開納米顆粒。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)(NSTC)早在2000年啟動(dòng)了國(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃(NNI)，并為該領(lǐng)域提出了明確的計(jì)劃和重大挑戰(zhàn)，納米顆粒(nanoparticles)占據(jù)了該計(jì)劃的很大一部分。納米顆?？梢蕴岣弑环庋b貨物的穩(wěn)定性和溶解度，促進(jìn)跨膜運(yùn)輸，延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間，從而提高安全性和有效性。由于這些原因，納米顆粒的研究已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在癌癥醫(yī)學(xué)、免疫治療和體內(nèi)基因編輯中。

納米顆粒遞送mRNA用于蛋白質(zhì)替代療法、基因組編輯和mRNA疫苗（參考資料1）[1]

納米顆粒極其多樣化，從固體脂質(zhì)結(jié)構(gòu)到脂質(zhì)體，甚至是包含金/二氧化硅顆粒的設(shè)計(jì)。納米顆粒最近的作用之一是提供癌癥治療的藥物。它們的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)通常是基于核殼的，藥物被納米顆粒包裹并運(yùn)輸?shù)饺?。這些藥物可以直接指向身體的特定區(qū)域，降低毒性，提高藥物的有效性。使用脂質(zhì)納米顆粒 (LNPs) 包裹SARS- CoV-2 mRNA，作為最近開發(fā)的幾種COVID疫苗的基礎(chǔ)。

大多數(shù)納米顆粒配方都是在溶液中，尺寸分布不均。這些納米懸浮液可能是不穩(wěn)定的，并受到沉降、團(tuán)聚、晶體生長(zhǎng)或化學(xué)反應(yīng)等問題的影響。凍干可以增加這些顆粒的穩(wěn)定性，這也有利于在其中加入的藥品的穩(wěn)定性。

美國(guó)康涅狄格大學(xué)Xiuling Lu博士對(duì)此曾進(jìn)行了一場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)專題演講并描述了冷凍干燥納米顆粒的挑戰(zhàn)以及如何與Robin Bogner博士合作，她的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并評(píng)估了凍干LNPs的解決方案。這份凍干技術(shù)報(bào)告總結(jié)了網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)。

我們還在下文為大家推薦了幾款國(guó)際大廠都在采用的進(jìn)口凍干機(jī)設(shè)備，以供參考。

凍干的挑戰(zhàn)

冷凍干燥過程中存在許多挑戰(zhàn)，其中一些是由于冷凍過程中冰的形成，會(huì)導(dǎo)致顆粒聚集或納米顆粒的結(jié)構(gòu)損傷。所得到的餅形態(tài)在循環(huán)開發(fā)過程中對(duì)特定的玻璃化轉(zhuǎn)變和塌陷溫度(分別為Tg’和Tc)也很敏感。即使在凍干燥工藝優(yōu)化后，也需要考慮重構(gòu)時(shí)間，方便最終用戶給藥。

通過評(píng)估和優(yōu)化這些參數(shù)以及使用凍干保護(hù)劑，可以改善每種納米顆粒和藥物的凍干條件。理想情況下，最佳的凍干產(chǎn)品將表現(xiàn)出優(yōu)雅的餅狀形態(tài)，不會(huì)坍塌，保持納米顆粒的結(jié)構(gòu)和藥物包封，含有低水分 (<2%) 可以長(zhǎng)期穩(wěn)定，并在短時(shí)間內(nèi)重構(gòu)。

Lu博士研究了三種不同納米顆粒的冷凍干燥條件：

· 固體脂質(zhì)納米顆粒(SLNs)

· 聚合物納米顆粒(PNs)

· 脂質(zhì)體(Lipos)

在研究配方和冷凍條件對(duì)納米顆粒質(zhì)量的影響以及最終產(chǎn)品的長(zhǎng)期穩(wěn)定性之前，用一系列凍干保護(hù)劑測(cè)定了三種納米顆粒的Tg’和Tc。

這些實(shí)驗(yàn)采用帶ControLyo? 技術(shù)的SP LyoStar3冷凍干燥機(jī)，使冰成核得到控制，所有小瓶同時(shí)凍冷成核。

配方的影響

比較了三種凍干保護(hù)劑對(duì)凍干納米顆粒 (SLNs、PNs和Lipos) 的保存效果：

1. 蔗糖 (1：5和1：10)

2. 海藻糖 (1：5和1：10)

3. 甘露醇 (1：5和1：10)

添加任何一種保護(hù)劑都沒有導(dǎo)致蛋糕形態(tài)的顯著變化， 在任何小瓶中都沒有產(chǎn)生合理的蛋糕。然而，有證據(jù)表明在一些小瓶中會(huì)收縮，特別是沒有凍干保護(hù)劑的脂質(zhì)體。

雖然凍干蛋糕的優(yōu)雅性相似，但通過添加凍干保護(hù)劑，大大減少了重構(gòu)時(shí)間。在PNs中，甘露醇 (1：5和1：10) 將這次時(shí)間從35分鐘減少到5 min以下 (圖1)

圖1：添加凍干保護(hù)劑對(duì)重構(gòu)時(shí)間的影響

我們還通過測(cè)量冷凍干燥前后的顆粒大小和均勻性 (多分散性指數(shù)，PDI) 來評(píng)估納米顆粒的成功凍干。凍干保護(hù)劑能保持SLNs和Lipos的顆粒大小，其中蔗糖和海藻糖比甘露醇更有效。在PNs中，添加或不添加凍干保護(hù)劑對(duì)顆粒大小影響不大。PNs配方中存在的聚乙烯醇(PVA)可能提供一定的聚集保護(hù)。蔗糖和海藻糖是保持顆粒大小和改善粒徑分布最有效的凍干保護(hù)劑。SLNs和Lipos需要凍干保護(hù)劑來維持尺寸分布，而PNs需要凍干保護(hù)劑來縮短重構(gòu)時(shí)間。

凍結(jié)條件的影響

冷凍是凍干過程中的一個(gè)關(guān)鍵步驟。由于不受控制的凍結(jié) ，可能會(huì)出現(xiàn)許多問題，如批次內(nèi)冰晶大小的不均勻性， 以及由微小冰晶造成的更高的塌陷風(fēng)險(xiǎn)。

ControLyo? 是一種控制成核的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更高的成核溫度，產(chǎn)生更大的晶體，從而加快初級(jí)干燥時(shí)間。

在本研究中，我們比較了不同冷凍條件對(duì)每種納米顆粒的影響。

1. 無控制的冰成核：冷卻速率為1℃/min至-40℃；

2. 快速凍結(jié)：將顆粒浸入液氮中，然后放入冷凍干燥機(jī)進(jìn)行干燥；

3. 慢速凍結(jié)：使用ControLyo?在-4℃，冷卻速度0.2℃/ min至-40℃；

4. 控制成核：使用ControLyo?在-4℃和-8℃控制冰成核，冷卻速率為1℃/min至-40℃。

在快速凍結(jié)條件下，所有產(chǎn)品均出現(xiàn)極嚴(yán)重的裂紋，不含凍干保護(hù)劑的 Lipos均發(fā)生塌陷。不受控制的冰成核也產(chǎn)生了顯著的蛋糕收縮。慢速冷凍是唯一一種能同時(shí)增加含凍干保護(hù)劑的SLNs 和 Lipos 的粒徑和均勻性(PDI)的冷凍條件(圖2)。然而，慢速冷凍并不會(huì)影響PNs的粒徑或粒徑分布，可能是由于PVA的存在，如前所述。

圖2：冷凍條件的影響：結(jié)果—固體脂質(zhì)納米顆粒

冷凍條件也不影響所有納米顆粒的重構(gòu)時(shí)間和剩余水分含量，盡管添加有效的冷凍保護(hù)劑降低了所有納米顆粒的這兩個(gè)參數(shù)。

無菌潔凈室的冰成核溫度一般較低，因?yàn)榭刂频沫h(huán)境符合ISO 5或A級(jí)分類。

長(zhǎng)期穩(wěn)定性

比較了不同的儲(chǔ)存條件，以確定納米顆粒的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

1．液體配方在室溫 (RT)

2．液體配方在4℃

3．未控制冰成核的凍干產(chǎn)品在室溫(RT)

4．控制冰成核的凍干產(chǎn)品在室溫(RT)

在室溫（RT）下以液體形式儲(chǔ)存SLNs，在10天內(nèi)顯著增大了100%的粒徑(圖3)，并迅速提高了PDI。在4℃的冰箱中儲(chǔ)存SLNs稍微好一些，三個(gè)月時(shí)觀察到顆粒大小增加了100%。通過冷凍干燥，該納米顆粒的儲(chǔ)存得到了顯著改善。而當(dāng)使用Controlyo控制成核方法時(shí)，3個(gè)月后顆粒尺寸沒有變化。目前還沒有Lipos的數(shù)據(jù)。

圖3：不同冷凍干燥和儲(chǔ)存條件下SLNs的平均粒徑變化

相比之下，PNs的大小和均勻性不受任何存儲(chǔ)條件的顯著影響，因?yàn)樗鼈冊(cè)谒袟l件下都相對(duì)穩(wěn)定。

總結(jié)

在-4℃或-8℃下控制冰成核的冷凍干燥納米顆?？梢蕴峁└玫娘炐螒B(tài)而不塌陷，凍干保護(hù)劑能夠保存顆粒大小，改善顆粒均勻性，并縮短重建時(shí)間。然而，這些條件在不同的納米顆粒之間是不同的，所以單獨(dú)優(yōu)化每個(gè)產(chǎn)品是很重要的，而不是假設(shè)條件是可互換的。

由于冷凍干燥產(chǎn)品的主要原因是增加長(zhǎng)期穩(wěn)定性和解決冷鏈運(yùn)輸?shù)碾y題，因此仔細(xì)評(píng)估每個(gè)納米顆粒的凍干條件最終將有利于許多藥物和疫苗產(chǎn)品的生產(chǎn)和儲(chǔ)存能力。

凍干設(shè)備推薦

德祥旗下SP品牌的SP Hull LyoStar 4.0凍干設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造旨在加快生物制藥產(chǎn)品的上市速度，代表了凍干機(jī)工程的重大進(jìn)步。LyoStar 4.0是一款中試規(guī)模的凍干機(jī)，基于全尺寸生產(chǎn)冷凍干燥機(jī)而設(shè)計(jì)，支持快速擴(kuò)大規(guī)模，提供卓越的層板溫度控制，快速層板降溫，無與倫比的過程準(zhǔn)確性和可靠性。它還包括一套尖端的過程分析技術(shù)(PAT)工具：Smart 全自動(dòng)凍干藝開發(fā)與優(yōu)化技術(shù)，Controlyo 晶核控制技術(shù)，TDLAS水蒸氣實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)等等，擴(kuò)展了SP Line of Sight? 技術(shù)，克服了在生物制品開發(fā)、擴(kuò)大規(guī)模和制造過程中的關(guān)鍵凍干挑戰(zhàn)。此外，LyoStar 4.0使用了一種更環(huán)保的冷凍氣體，減少了凍干過程中的碳排放量。

SP Scientific

SP Scientific公司旗下的VirTis公司是一家凍干機(jī)的生產(chǎn)廠家，其成立于1953年，是世界上歷史悠久的冷凍干燥機(jī)制造商之一，該公司被認(rèn)為擁有強(qiáng)大的冷凍干燥技術(shù)，能完善的開拓和研究工業(yè)冷凍干燥所需要的技術(shù)。美國(guó)FTS公司致力于制造冷凍干燥機(jī)的溫度控制和管理系統(tǒng)及高端智能型凍干機(jī)。美國(guó)Hull公司是有近六十年的生產(chǎn)歷史，是專業(yè)產(chǎn)業(yè)型凍干機(jī)的品牌，在國(guó)際生物及制藥行業(yè)中有著重大的影響力。

SP 公司融合了VirTis、 FTS及Hull三個(gè)專業(yè)的凍干機(jī)品牌，可提供實(shí)驗(yàn)室系列凍干機(jī)，制備系列凍干機(jī)，藥品研發(fā)型凍干機(jī)，中試生產(chǎn)型凍干機(jī)，小型生產(chǎn)型凍干機(jī)，產(chǎn)業(yè)型凍干機(jī)，通用型凍干機(jī)等七大系列，19大類，近52個(gè)機(jī)型，可滿足用戶的多種需求。SP Scientific公司所有的產(chǎn)品均通過ISO 9001:2000質(zhì)量管理體系認(rèn)證。