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表面活性劑是生物制劑處方中使用最廣泛的成分之一，常用於抑制蛋白聚集以及固-液、氣-液等界面的蛋白吸附，提高蛋白穩定性並抑制生產、儲存以及運輸過程中微粒的產生。研究表明，截止2021年2月，全球已有共計126個上市抗體，處方為131個，僅12個處方不含表面活性劑（見表1），其中，表面活性劑主要為聚山梨酯20和聚山梨酯80，極少量處方中使用泊洛沙姆188或PEG3350[1]。

表 1. 1986至2021年2月份上市抗體藥物處方中表面活性劑添加統計表

隨著研究的深入，聚山梨酯在儲存過程中容易自氧化和降解的現象也受到越來越多的關註。該過程所產生的過氧化物和脂肪酸，可能誘導蛋白質氧化、聚集和不溶性微粒的形成。同時，有研究表明，泊洛沙姆188同樣也有類似的情況。因此，很多企業和研究機構正在探索一種在生物制劑中可以替代聚山梨酯的表面活性劑。

羥丙基-β-環糊精（HP-β-CD）是β-環糊精（β-CD）的衍生物之一。天然的環糊精及其衍生物是由淀粉經酶環化得到的環狀低聚糖。HP-β-CD是β-環糊精在堿性條件下的羥丙基醚的取代產物。以羥丙基取代環糊精中的羥基，使HP-β-CD具有較高的水溶性（≥ 600mg/mL）。HP-β-CD由7個α吡喃葡萄糖單體組成，每個單體被0~3個羥丙基醚取代，化學結構見圖1。其獨特的環狀結構使得該分子具有親水的外表面和疏水的內腔。整個分子取代度（DS）為7個摩爾取代度（平均每個單體被取代的羥基數被稱為摩爾取代度）。7個單體均可能有不同數量的羥基被取代，使得每個分子都有多種不同取代度的組合。

圖 1 HP-β-CD的化學結構式

根據取代度的不同，HP-β-CD的理化性質可能略有不同。美國藥典（USP）及歐洲藥典（EP）對藥用輔料級別的HP-β-CD的摩爾取代度有明確要求，為0.4~1.5，即DS為2.8~10.5。而中國藥典（ChP）未對摩爾取代度做規定，而是對羥丙氧基（-OCH2CHOHCH3）含量有所規定，藥用輔料級羥丙基環糊精，按無水物計算，其羥丙氧基含量應為19.6%~26.3%。HP-β-CD作為獲批的藥用輔料，已經在多個上市小分子化藥制劑處方中得到應用，能夠起到增加藥物溶解度和穩定性的作用。目前，HP-β-CD在大分子生物制劑中的作用也逐漸受到關註。

HP-β-CD的滲透壓和粘度也適用於註射用藥物配方，其在很寬的濃度范圍內保持低滲（見圖2）。使用濃度可以達到200mM，支持皮下註射的推薦限度（滲透壓600 mOsm/kg，粘度20mPas）[3]。

圖2 KLEPTOSE®HP 和 KLEPTOSE®HPB的滲透壓和粘度變化圖（KLEPTOSE®HP 和 KLEPTOSE®HPB為羅蓋特公司開發的兩種HPβCD）

Hailong Zhang等[2]對HP-β-CD和聚山梨酯的化學穩定性，以及保護阿達木單抗免受應力誘導的聚集和降解等方面進行瞭較為全面的比較，總體結果表明HP-β-CD較聚山梨酯的結構穩定性更好，並可有效抑制抗體聚集或降解，表現出不弱於聚山梨酯的蛋白穩定劑作用。

Olaf Häusler等[3]通過研究添加不同濃度HP-β-CD的處方和貝伐珠單抗的原研處方（含0.04%PS20），在攪拌和熱應力條件下對貝伐珠單抗聚集的抑制作用，發現與原研處方相比，含50mM的HP-β-CD的處方即可將貝伐珠單抗的聚集率降低一半。東曜藥業在高濃度貝伐珠單抗處方開發中嘗試添加不同濃度的HP-β-CD，發現聚集得到瞭明顯的抑制，驗證瞭該研究的結果；也嘗試在其他項目抗體處方篩選過程中添加環糊精，高溫加速條件下環糊精組樣品聚集顯著減少，有效提高瞭抗體的穩定性。

同時，HP-β-CD也能有效抑制蛋白在超濾換液（UF/DF）過程中微粒的增加。DANIEL J. CALLAHAN等人[4]的研究發現，在UF/DF過程中，蛋白質的界面吸附是顆粒形成的主要原因。常用的聚山梨酯類通過競爭性吸附在疏水界面或與蛋白質的疏水基團相互作用，可以大大減少UF/DF過程中顆粒的形成，但HP-β-CD的作用機制尚不清楚。Tim Serno等人[5]的研究認為HP-β-CD作用機制為與蛋白競爭性吸附在空氣-水界面，而不是與蛋白質的直接作用。

然而，UF/DF過程中添加聚山梨酯, 如PS80和其他表面活性劑，會形成分子量大於超濾膜截留分子量的膠束分子而無法透過超濾膜，導致表面活性劑和蛋白質一起被濃縮，從而難以控制濃度。因此，聚山梨酯常在UF/DF後添加，但這樣無法抑制超濾過程中微粒的產生，如在UF/DF過程中添加，需註意其濃度變化，以確保最終的聚山梨酯水平在目標范圍內。而HP-β-CD克服瞭這一限制，因為它不形成膠束，可以根據所需的處方濃度添加到UF/DF步驟中。

目前，HP-β-CD已被應用於多種獲批上市的小分子註射劑藥物。鑒於其高水溶性和極其穩定的結構，HP-β-CD作為一種多功能輔料，在生物制藥下遊工藝和制劑處方中抑制蛋白質聚集和減少可見顆粒的形成，具有很大的應用前景。對此，已有部分抗體、抗體偶聯藥物（ADC）及雙抗的制劑專利[6~9]中將環糊精，包括但不限於HP-β-CD、SBECD（磺丁基-β-環糊精鈉）等作為超濾換液、液體制劑以及凍幹制劑中的蛋白保護劑申請瞭專利保護。

東曜藥業提供藥物開發生產一站式CDMO解決方案，在抗體、蛋白以及抗體偶聯藥物（ADC）等藥品的工藝開發方面擁有豐富的經驗。東曜藥業制劑工藝開發團隊已成功完成多項中美申報項目，包含制劑處方開發、凍幹曲線開發以及制劑工藝設計與開發，賦能藥品高效、高速、高質量推進申報。

參考文獻

[1] Strickley et al. A review of Formulations of Commercially Available Antibodies [J]. J Pharm Sci, 2021, 110(7):2590−2608.[2] Hailong Zhang et al. Polysorbates versus Hydroxypropyl Beta-Cyclodextrin (HPβCD): Comparative Study on Excipient Stability and Stabilization Benefits on Monoclonal Antibodies[J]. Molecules, 2022, 27(19): 6497.[3] Häusler Olaf et al. Hydroxypropyl- beta cyclodextrin as promising functional alterative to surfactants in biologics[J]. New Technologies, 2021, 36:20−27.[4] Callahan et al. Control of Protein Particle Formation During Ultrafiltration/Diafiltration Through Interfacial Protection[J]. J Pharm Sci, 2014, 103:862–869.[5] Serno T et al. Inhibition of agitation-induced aggregation of an IgG-antibody by hydroxypropyl-beta-cyclodextrin[J]. J Pharm Sci, 2010, 99(3):1193-206.[6] 降低大分子在生理條件下聚集的方法和配方[P]. 中國專利: CN102281903B. 2013-11-13.[7] 環糊精和抗體-藥物偶聯物制劑[P]. 中國專利: CN105189546A. 2015-12-23.[8] 減少聚山梨酯降解的制劑[P]. 中國專利: CN108472379A. 2018-08-31.[9] 包含雙特異性抗體構建體的藥物組合物[P]. 中國專利: CN109071657A. 2018-12-21.