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糖類家族大戰之誰才是強凍干保護劑

發布時間:2021-05-26

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糖類家族大戰之誰才是強凍干保護劑


凍干是復雜的相變過程,凍干制品在整個過程存在的各種應力,包括低溫應力、凍結應力、干燥應力等,常常是直接或間接導致制品中蛋白質變性的因素,所以在凍干過程中需使用保護劑。常用的保護劑一般分為糖、多羥基化合物、氨基酸、蛋白質、聚合物和無機鹽等,其中糖是常見、使用廣的一類凍干保護劑,是蛋白質的非特異性穩定劑,在凍干的各個階段均能對蛋白質生物制品起到一定的保護作用。


糖一般分為單糖、低聚糖和多糖。目前用作保護劑的單糖主要有:葡萄糖;用作保護劑的低聚糖主要有:蔗糖、乳糖、海藻糖;用作保護劑的多聚糖主要有:果聚糖、菊糖、麥芽糖糊精、麥芽多糖等。本文主要對常用的凍干保護劑葡萄糖、蔗糖、海藻糖、乳糖、麥芽糖及果聚糖進行對比,分析其優勢及局限性。


葡萄糖在凍干過程中可部分保持無定型狀態,對某些蛋白質具有一定的保護作用,但是葡萄糖是還原糖,可能與蛋白質上暴露的某些氨基酸殘基發生邁拉德反應,使制品變黃,蛋白質活性降低,故有時不適合作為保護劑。有文獻研究表明葡萄糖用于脂質體凍干保護時,不能很好的降低磷脂分子間的范德華力進而降低相變溫度,其凍干保護能力較弱。


蔗糖是由葡萄糖和果糖通過異構體羥基縮合而形成的非還原性二糖,具有較高的玻璃化轉變溫度,對阻止蛋白質二級結構的改變、凍干處理過程中及貯藏期內蛋白質多肽鏈的伸展及聚集起著作用,已在蛋白、ji素類藥物的凍干制劑以及病毒疫苗等產品中作為保護劑得以應用。并且對于注射用凍干制劑,蔗糖還能起到調節滲透壓的作用,選擇蔗糖作為生物制品的凍干保護劑可謂一舉三得。同時在脂質體的凍干工藝中,蔗糖也是常用的一種保護劑。與甘露醇、葡萄糖等相比它具有較高的玻璃化轉變溫度和粘度保護效果更好,與海藻糖相比性價比更高,且脂質體外水相很多都用到蔗糖,因此為了不給制劑本身帶來其它方面的影響,常常使用蔗糖,一般用量在5%~10%,具體的用量還需根據具體的chu方進行調整。蔗糖同時能夠起到減少膜融合、保護脂質體粒子不在凍干過程中破裂、泄露藥物的作用,此外還能起到賦形劑的作用—對凍干后餅的形狀、疏松度、塌陷度等都有影響。大量文獻表明,使用蔗糖作為凍干保護劑的脂質體制劑復溶后藥液穩定性和復溶效果(主要是藥物包封率和粒徑變化)都很好。


海藻糖作為一種非常穩定的非還原性雙糖,對生物體具有神奇的保護作用。海藻糖在高溫、高寒、高滲透壓及干燥失水等條件下,能在細胞表面形成獨特的保護膜,能有效的保護蛋白分子不變性失活,從而維持生命體的生命過程。鑒于這些動植物特殊的自我保護機制,人們開始探索海藻糖在生物體保護上的應用,并作為蛋白質藥物、酶、疫苗和其它生物制品的保護劑使用。海藻糖作為目前低溫保存常用的非滲透性保護劑之一,可以提高胞外溶液的溶質濃度,不僅能在細胞外形成高滲,減少胞內冰的形成,還具有較高的玻璃化溫度,易形成玻璃態。這樣一方面避免了低溫對細胞膜蛋白質和脂質的損傷,另一方面將細胞膜的蛋白質分子支撐包裹起來,使之不易變形,yi制細胞膜融合,降低細胞膜的通透性。除此之外,海藻糖也是脂質體注射劑凍干保護劑的不錯選擇。實驗顯示,以海藻糖作保護劑的凍干脂質體粒徑變化小,保護效果好;葡萄糖的粒徑變化大,保護效果差。對于海藻糖,10%的濃度對凍干脂質體的保護效果好。與蔗糖相比,海藻糖的玻璃化溫度更高,吸濕性更低,也同樣不屬于還原性糖,因此具有更廣的應用前景。但是由于海藻糖價格高,阻礙了其在生物制品工業生產中的大規模使用,在同等凍干保護效果下人們更傾向于選擇性價比更高的蔗糖。


乳糖是由半乳糖和葡萄糖通過α-1,4-糖苷鍵連接形成的二糖。由于價格低廉、易于獲得,也常作為凍干保護劑。由于市售的藥用乳糖,在其制備過程中不可避免的會有乳球蛋白的殘留,這種外源性的蛋白會引起過敏反應,因此很多乳糖不能作為注射液使用。2020年新版中國藥典限定了乳糖作為藥用輔料的范圍—供非注射劑、非吸入制劑用。


麥芽糖在一些脂質體的凍干保護效力上與海藻糖近似,但是麥芽糖為還原糖,可能與蛋白質上暴露的某些氨基酸殘基發生邁拉德反應,影響產品質量。


果聚糖存在于多種溫帶植物中,某些植物中果聚糖的量可達到其干質量的80%(W) 。果聚糖聚集在這些可越冬且能經受干燥考驗的植物qi官中,由此推測果聚糖在幫助植物抵御寒冷或干燥等極端條件上具有重要意義。但聚合度高的果聚糖水溶性較低,在干燥過程中易于析出沉淀故其保護作用較差。


就目前而言二糖中的蔗糖和海藻糖是研究多、也是公認的有效的生物制品保護劑,總結見下面表格。蔗糖和海藻糖在凍干保護界戰斗力平分秋色,各有各的優點,蔗糖的玻璃化溫度雖低于海藻糖,但勝在性價比高,在與海藻糖有同等凍干保護效果的情況,優先選它準沒錯;海藻糖的玻璃化溫度更高,吸濕性更低,屬于非還原性雙糖,比起蔗糖具有更廣的應用前景,但大的缺點是價格高,在工業生產的大規?;瘧檬芟?。我們可以期待一下,隨著生產技術的發展,未來海藻糖的價格不再高昂,那它的大規?;瘧靡膊贿h了。但就目前而言,蔗糖和海藻糖均屬于凍干保護界的扛把子,選擇哪一個都不虧,大家可以根據具體情況去選擇。


參考資料:

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[8] 朱敖蘭,楊潔.生物制品凍干保護劑及其保護機理的研究進展.喀什師范學院學報 [J].2007,28(6):3-7.


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| 產品名:海藻糖(供注射用)(無菌)

| 中文名稱:D(+)-海藻糖二水合物

| 英文名稱:D(+)-Trehalose dihydrate (for injection)

| 化學名稱:α-D-吡喃葡萄糖基-α-D-吡喃葡糖苷二水合物

| 型號:Hipo-S

| 含量測定:99.3%

| CAS號:6138-23-4

| EINECS登錄號:202-739-6

| 備案登記號:F20190000452

| DMF號:034401

| 質量標準:符合各國藥典標準(Chp,USP,JP,EP)

| 分子式:C12H22O11·2H2O

| 分子量:378.33

| 性狀:白色結晶性粉末

| 比旋度:+198.8°

| 無菌:符合規定

| 微生物限度:無菌

| 細菌內:<0.1IU/g

| 含量測定:99.3%

| 溶解性:易溶于水,溶于熱乙醇,微溶于甲醇。

保存:密封、涼暗干燥處保存,常溫條件下運輸。


| 中文名稱:蔗糖(供注射用)

| 商品名:蔗糖(供注射用)  

| 型號:Zipo-S

| 英文名稱:sucrose (for injection)

| 化學名稱:D-(+)-Saccharose,Α-D-葡萄吡喃苷基-Β-D-呋喃果糖苷

| CAS號:57-50-1

| 備案登記號:F20200000093

| DMF備案號:035209

| 生產商:艾偉拓(上海)醫藥科技有限公司

| 級別:藥用注射級輔料

| 執行標準:CP/USP/EP/JP

| 分子式:C12H22O11

| 分子量:342.3

| 性狀:本品為無色或白色結晶,或白色結晶性的松散粉末,無臭有甜味。

| 用途:凍干保護劑、低溫保護劑

| 保存:常溫條件下運輸,需密封、陰涼干燥處保存

| 注意事項:避免與強酸、強堿、強氧化性物質接觸


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