Вспомогательные вещества в биофармацевтике — непризнанные герои в борьбе с пандемией

Вспышка пандемии COVID-19 серьезно изменила глобальную обстановку в сфере здравоохранения за последние два года. В перенасыщенном межличностными контактами мире вирус распространяется с очень высокой скоростью, охватывая население всех стран. Спутник V, разработанный в момент острой необходимости Национальным исследовательским центром эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи в Москве, стал первой в мире зарегистрированной вакциной против нового вируса и опередил самые смелые ожидания мировых экспертов. [i]

Глобальные усилия по созданию вакцин против COVID-19 показали, почему именно прививки являются одним из важнейших достижений в истории здравоохранения, спасающим жизни людей. Их безопасность и эффективность научно доказана интервенционными клиническими исследованиями и методами крупномасштабного метаанализа [ii].

Вакцины, которым сейчас уделяется довольно много внимания, являются небольшой, но серьезно развивающейся частью широкомасштабной области научных разработок — биофармацевтики, которая позволила изменить подход к лечению целого ряда серьезных заболеваний, например, аутоиммунного и онкологического профиля. Биологические препараты включают, среди прочего, аллергены, кровь и ее составляющие, а также препараты для клеточной и генной терапии, ткани и препараты тканей, вакцины, препараты для ксенотрансплантации, моноклональные антитела (МКА) и биодженерики. Биопрепараты перспективны для применения практически во всех областях терапии, а также для многих диагностических техник.

После того, как был сделан первый большой шаг в разработке безопасных и эффективных вакцин против COVID-19, начался путь к контролю пандемии. Производство вакцин по-прежнему остается непростой задачей несмотря на то, что фармацевтические компании тесно сотрудничали с регулирующими органами для ускорения процесса их (вакцин) масштабирования.

Кроме того, своевременная поставка вакцин и всех необходимых компонентов стала большой проблемой в условиях глобального сокращения поставок товаров любого типа. Конечно, основное внимание уделяется антигенам, которые стимулируют иммунную систему для борьбы с вирусом, но есть и другие важные компоненты, необходимые для создания вакцины — вспомогательные вещества.

Они играют жизненно важную роль в реализации функций биологических препаратов, будь то терапевтические белки, рекомбинантные нуклеиновые кислоты, моноклональные антитела или широкий спектр других биологических агентов. Вспомогательные вещества помогают им сохранять свою естественную структуру и этим предотвращают или снижают потерю активности. Для данных целей в биологических препаратах обычно используются различные высокочистые, пригодные для инъекций дисахариды и/или многоатомные спирты. Одним из наиболее многообещающих способов производства биопрепаратов является лиофилизация[ii]. Тип и качество вспомогательных веществ играют решающую роль в разработке и оптимизации параметров данного процесса. Использование вспомогательных веществ, специфичных для каждого биологического препарата, вносит значительный вклад в стабильность раствора лекарственного средства. Правильный выбор вспомогательного вещества также может обеспечить оптимальный цикл лиофилизации с более быстрым высушиванием для достижения желаемого внешнего вида лиофилизированного порошка. Кроме того, могут быть точно подобраны и другие критические показатели качества. Например, оптимальный pH, содержание влаги и время растворения. Идеальное вспомогательное вещество для лиофилизации должно быть химически стабильным, инертным, безопасным, многофункциональным и, особенно в случае вакцин, экономически выгодным [iii].

Комбинация хорошего вспомогательного вещества и выбора процесса должна обеспечить получение стабильного продукта с приемлемой структурой лиофилизированного порошка, низким остаточным содержанием воды, малым временем растворения и определенным pH. В частности, низкое остаточное содержание воды в лиофилизированном порошке необходимо для обеспечения стабильности и предотвращения потери активности биопрепарата, а малое время растворения необходимо для быстрого его введения пациенту[iii].

Процесс лиофилизации включает замораживание продукта, первичную сушку (сублимацию) и вторичную сушку (десорбцию). Этот процесс подвергает биологическое вещество стрессирующему воздействию замораживания и высушивания. Кроме того, во время замораживания часто вводят этап отжига для обеспечения эффективной первичной сушки. В дополнение к стрессирующему воздействию замораживания и высушивания, в процессе лиофилизации раствор, содержащий биологический препарат, претерпевает значительные изменения концентрации, поскольку вода удаляется из него путем сублимации. Этот градиент концентрации создает дополнительный стресс в результате повышения концентрации ионов и сдвига pH. Однако в целом, стрессирующее воздействие замораживания и высушивания является серьезной проблемой, которую необходимо преодолеть, чтобы поддерживать активность биопрепарата. Именно поэтому для защиты биологических препаратов от стресса, связанного с замораживанием (криопротекция) и высушиванием (лиопротекция), необходимы высокочистые дисахаридные вспомогательные вещества, такие как сахароза и трегалоза[iii].

Успешный препарат лиофилизированного порошка будет состоять, в идеале, из стеклообразного матрикса, содержащего биологическое вещество, структура которого поддерживается присутствием дисахаридов. Жизненно важно поддерживать эту стекловидную структуру и для этого предпочтительно использовать дисахариды с высокой температурой стеклования (Tg), в идеале выше 55 °C, а если в общих чертах, то «чем выше, тем лучше».

Другой важный фактор, который следует учитывать, называется “температурой коллапса” (Tc); первичную сушку следует проводить при температуре ниже температуры коллапса. Коллапс препятствует удалению воды, и существует высокая вероятность того, что биологическая активность будет снижена или полностью потеряна. Дисахариды имеют сравнительно низкую температуру коллапса, и поэтому позволяют добавлять в процесс модификаторы Tc для повышения температуры первичной сушки, время которой можно дополнительно оптимизировать, используя соответствующее соотношение вспомогательных веществ.

Хотя параметры процесса во время лиофилизации можно выбрать с учетом состава препарата, существует много других факторов, таких как химическая несовместимость, которые ранее не обсуждались. Например, нельзя забывать про возможную реакцию Майяра в присутствии восстанавливающих сахаров, и окислительное расщепление, которое может произойти по разным причинам. Подробное обсуждение этих аспектов выходит за рамки данной статьи и сильно зависит от конкретного биопрепарата.

Выбор сахарозы или трегалозы (двух наиболее широко используемых стабилизаторов) необходимо определять в индивидуальном порядке. Однако, благодаря исключительно высокой Tg, которая может обеспечивать более высокую температуру стеклования максимально замороженного концентрированного раствора (Tg’), именно трегалоза дигидрат в настоящее время является предпочтительным выбором для препаратов МКА.

Необходимость поддержания стекловидного состояния лиофилизата обсуждалась, но может возникнуть вопрос — зачем? Теории стеклования и замещения воды[iii] описывают механизм, лежащий в основе стабилизирующего эффекта дисахаридов, требуют, чтобы стекловидное состояние сохранялось в течение всего срока годности лекарственного препарата. Сообщалось, что повторная кристаллизация стеклообразного матрикса, в котором в качестве стабилизатора использовался маннитол, привела к потере биологической активности. Хотя маннитол в некоторых случаях выступает в качестве стабилизатора и наполнителя, он имеет значительно более низкую Tg по сравнению с сахарозой и трегалозой, что делает последнюю наиболее предпочтительной для процесса лиофилизации[iii].

Окончательная проверка действия вспомогательного вещества проводится в условиях реального применения. Широкое использование дисахаридов как в уже существующих на рынке препаратах, так и в новых разработках — настоящая проверка их функциональных свойств в реальном времени.

Для поддержки фармацевтических компаний в разработке и производстве биологических препаратов (включая вакцины) компания DFE Pharma дополнила свой ассортимент высокочистой трегалозой дигидратом с низким содержанием эндотоксинов и сахарозой под брендом BioHale®. Эти вещества позволяют стабилизировать биологические вещества в биопрепаратах и могут использоваться в разных лекарственных формах. Например, для парентерального, перорального, офтальмологического и ингаляционного применения. Трегалоза дигидрат BioHale® обычно используется для лиопротекции и криопротекции терапевтических белков, особенно для парентерального введения, а также для других применений. Например, как стабилизирующий агент для замораживания-оттаивания и лиофилизации липосом и для стабилизации клеток крови, а также моноклональных антител. Сахароза BioHale® используется в фармацевтической промышленности в качестве стабилизатора, а также может использоваться в качестве криоконсерванта и добавки в питательную среду во множестве клеточных биопроцессов. Кроме того, она предпочтительна в тех случаях, когда растворимость или вязкость имеют первостепенное значение.

Наряду с наивысшим качеством предлагаемых биологических вспомогательных веществ есть еще один важный аспект для биофармацевтических компаний и пациентов — это стабильные и надежные поставки, обеспечивающие наличие у производителей биофармацевтических препаратов нужных компонентов в полном объеме и в самый короткий срок. Получение вспомогательных веществ через мировую логистическую цепочку поставок имеет большое значение для поддержки глобального фармацевтического производства. Компании, обеспечивающие вспомогательными веществами (био)фармацевтических производителей по всему миру, должны иметь достаточно много складов во всех странах и на всех континентах, чтобы успевать доставлять свои материалы в необходимые сроки. Кроме того, поставщики вспомогательных веществ должны иметь усиленную и безопасную цепочку качественной логистики, в которой они держат под контролем все процессы: от получения изначального сырья до поставки своей продукции производителям конечных лекарственных препаратов[iii].

Для получения дополнительной информации о роли продукции линейки BioHale® в стабилизации биопрепаратов и о том, как компания DFE Pharma способна помочь клиентам техническими решениями и профессиональной нормативной поддержкой, а также для участия в онлайн вебинаре “Тенденции биофармацевтического рынка и важность стабилизации биопрепаратов дисахаридами” 27 января в 11:00, можно будет перейти по данной ссылке.

[i]Wu, Q., Dudley, M.Z., Chen, X. et al. Evaluation of the safety profile of COVID-19 vaccines: a rapid review. BMC Med  2021;19:173

[ii]Dickhoff B, Nataraj SK, Thontesh GC. The importance of disaccharide excipients in biologics.  European Pharmaceutical Review. 2021. Доступно по адресу:https://www.europeanpharmaceuticalreview.com/article/143124/the-importance-of-disaccharide-excipients-in-biologics/

[iii] Maarten A. Mensink, Henderik W. Frijlink, Kees van der Voort Maarschalk, Wouter L.J. Hinrichs. How sugars protect proteins in the solid state and during drying (review): Mechanisms of stabilization in relation to stress conditions. EJPB. 2017;114:288-295

Источник