脂质体药物加工的关键生产工艺介绍

　　在1961年发现的脂质体作为一种药物输送平台已经有数十年的历史，已经实现了不同程度的应用和普及。凭借其良好的生物相容性和众多API（活性药物成分）封装的良好化学性质，脂质体可通过许多潜在产品的筛选过程。然而，脂质体的生产复杂性，“壳”变质，粒度变异性和粒度分布使得它们成为制造恶梦，通常更多的是艺术而不是科学。这表现在延长开发时间，启动挑战以及在对流程进行任何更改时必须进行BE（生物等效性）研究，即使是像设施搬迁一样简单的研究。基于脂质体的产品优点是脂质体以非常有针对性的方式递送API的能力。磷脂/脂质体“归巢”外部的靶向精确度可以容易地用于广泛的应用。

　　不管挑战如何，脂质体已经在生物仿制药和新产品的使用中重新出现，特别是在肿瘤领域。本文重点介绍关键生产工艺，工程设计以及可注射治疗成功，可重复和安全的生产工厂的设计/建造。

　　过程概念和基本设备

　　开发和包封基于脂质体的药物的过程有几个主要步骤。

　　材料分配，溶解和解决方案排序

　　这一过程往往被忽视，主要是因为它看起来很平凡而不简单。然而，这是操作人员密集度最高的工作，需要最大程度的细节。大多数脂质体操作需要分配和溶解5至10种盐，几轮磷酸盐（用于缓冲液），氨基酸，蔗糖，溶剂，PEG和额外的化学品以构建“归巢”层，以及一个和五个原始脂质。所有这些材料用于该过程的三个阶段：1）脂质的乳液制备和溶剂溶解，2）将API注入脂质并形成归巢层，以及3）将最终溶液稳定成基于NaCl的溶液并去除最终配方中的所有杂质。许多材料的溶解还需要许多分配量的注射用水（WFI）。虽然这一过程中不是一个有吸引力的部分，但是这方面的每一项改进都会缩短所需的时间和人员规模。这种类型的操作对于使用一次性袋子，托盘罐（可能有夹套）的一次性系统（SUS）是自然的，以及遵循与物料清单（BOM）同步的自动配方系统的自动分配系统。作为一个优化步骤，溶解所需的WFI数量可以预先购买，加快过程，或者就此而言，所有磷酸盐缓冲液，盐溶液和商品解决方案都可以在一次性装置中预制/采购。这个填充的一次性装置然后可以连接到歧管并在需要时泵入过程中。此外，这些液体在进入过程时可以通过0.22微米的过滤器过滤，以减少生物负荷，减少或消除多次加工过程中发生的下游生物负荷过滤。

　　脂质体的创造

　　通过将原始脂质溶解在乙醇（通常）中并且物理撞击它们以产生50nm和125nm之间的脂质体颗粒来产生脂质体。尺寸范围取决于产品在体内的目标器官和所需的物理生物学。该方法始终以稳定的水，溶剂和溶解的脂质乳液开始。有三种脂质转化的方法：

　　超声处理是超声波照射脂质的液体乳剂。这种能量粉碎了脂质并形成了具有内部含水腔体的双层脂质的球形囊泡。这对于小体积的脂质体以及用于实验室和中试植物通常是成功的。超声波在1升到10升的范围内通常是有效的，但是在放大操作中它经常被取代。超声波处理系统通常是独立的模块，可以转移到一次性使用的袋子中。高剪切混合/高剪切分散/均化是Szoka于1983年首次引入的一种方法，在该方法中能量被赋予乳液，形成了一系列粒子。仔细控制混合系统中的能量水平，温度，压力和停留时间对平均粒径，中值粒径和分布是至关重要的。高剪切混合系统将需要不锈钢系统容器来容纳高剪切液体/泡沫的温度，压力和副产品再循环。更常见的工业方法是通过均匀孔径聚碳酸酯挤出乳液膜（N×10,000道尔顿），如Millipore Millipak，EMD Millipore Ultra Filter单元，Amicon Ultra单元和Microncon Ultra过滤单元。这些过滤器将溶解的脂质挤出，在特定的时间，温度，压力和流量下通过过滤器多次循环（通常称为“通过”）。这种方法似乎具有最大的吸引力，因为它需要较低的能量和较少的机械系统（这可能导致污染），并且过滤器的一致性会产生更严格的粒度分布。较早的挤出系统使用高压氮气（95至120 psig）分批推动脂质溶液通过膜单元。但是，现在有更高压力的泵可以提供没有剪切力的压力，例如Quattroflow泵系统。这些泵需要探索脂质体形成过程。如果它们满足地层过滤的需要，则整个挤出过程可以是一次性系统。脂质体溶液纯化

　　脂质体稳定

　　在最初的UF或TFF之后，脂质体溶液现在通常是围绕脂质体的NaCl，具有等于或高于目标范围的粒度分布。此时，溶液再次用WFI稀释，生物负载过滤以0.22微米完成。这有效地消除了200纳米以上的所有颗粒，从而缩小了分布。这里使用了各种一次性过滤器，从效率的观点来看，过滤时间只是一个因素。在过滤之后，脂质体溶液通常被冷藏以防止产物降解。事实上，产品现在需要保持在0至5摄氏度，而不是直接加工。

　　这实际上是该过程中化学上最复杂和最重要的部分。在这个步骤中，空的脂质体球体被灌输作为治疗基础的关键制药实体。在此过程中，脂质体溶液被加热至形成或更高的温度，同时经历pH变化以基本上打开水性内部。然后将API（通常为化学计量的量）引入溶液中，其中它化学地渗透脂质体的双层。这发生在一个非常受控制的时间段内，以使过程完成。一旦该过程（通常来源于关键发展研究）完成，将脂质体冷却，使pH达到中性，并且快速连续添加归巢分子和归巢层以努力结合脂质体球。通常，将这些化学品（氨基酸，糖，PEG和其他用于控制生物物理同化作用和稳定性的化学物质）添加到脂质体的外部，以便将其吸引到体内的目标区域，附着和同化。该过程需要将脂质体壳溶液从冷态迅速加热至60至80摄氏度的范围，pH变化，滴定和快速冷却。这种类型和顺序的处理是在不锈钢夹套的“反应器类型”容器中进行的，该容器具有用于添加材料的多个端口。还要求护套由TCU（温度控制单元）维修，该TCU使用冷冻工艺用水和快速反应的热能加热器。

　　最终产品稳定

　　根据脂质体的稳定性，化学计量以及脂质体如何负载（主动或被动），溶液可能需要进行额外的TFF或超滤以清除任何非脂质体材料，例如“游离”或未反应的API。另外，如果在以前的过程中使用易生物负载的化学品或成分（例如，散装糖），则在制冷之前需要生物负载过滤步骤。整个步骤可以使用一次性SUS进行，包括管道，泵接触部件和过滤器单元。

　　无菌灌装

　　制造过程的最后一步是消毒过滤和灌装。尽管典型的基于脂质体的药物的密度和粘度与水几乎相同，但脂质体溶液的性质使得过滤过程非常缓慢。在这种情况下，制造商已经通过过滤器对高温（例如30摄氏度或更高）和增加的三角洲压力（通过氮气压力或四流泵）进行了实验，以加快努力并保持灌装机的速度。

　　正如您可以清楚地看到的那样，使用脂质体作为药物递送载体具有许多移动部件和许多将在工艺开发中探索的选项。以此为基础，我们系列的下一篇文章将涵盖构建适应脂质体过程的生产设施的工程方面。

　　关于作者：

　　Erich Bozenhardt，PE，是北卡罗来纳州罗利IPS集成项目服务流程部门的流程经理。他在生物技术和无菌加工业务方面拥有12年的经验，并领导过多个生物制造项目，包括细胞疗法，哺乳动物细胞培养和新型递送系统。他有一个B.S.来自特拉华大学的化学工程和MBA学位。