生物制劑對溫度變化特別敏感，需要特定的儲存條件才能長(cháng)期保持其生物活性。試劑脫水處理降低了溫度敏感性，驅動(dòng)凍干珠技術(shù)在診斷試劑和制藥領(lǐng)域不斷發(fā)展。
英國Biopharma Group技術(shù)業(yè)務(wù)經(jīng)理Mattia Cassanelli博士在網(wǎng)絡(luò )研討會(huì )上介紹了LyoBead技術(shù)在診斷和制藥領(lǐng)域的應用，并介紹了凍干珠在不同領(lǐng)域的應用。
1、什么是LyoBeads？
凍干珠（LyoBeads）是定制化的凍干球體，每單位凍干珠含有特定含量的物料。
在制藥和診斷行業(yè)中十分常見(jiàn)的是PCR預混試劑凍干珠，其能夠在室溫下長(cháng)期存儲。也被用于微流體、藥物輸送和細菌的凍干，滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的增長(cháng)。
2、為什么使用LyoBeads？
凍干珠的主要好處是便于使用。開(kāi)發(fā)一種配方，可在不同的溫度或不同的容器中進(jìn)行多種應用，減少研發(fā)投資。
凍干珠性質(zhì)穩定，可以在凍干機上高量生產(chǎn)，包裝前可散裝存儲。
在凍干后，球形的凍干珠表面積最大化，復水時(shí)間也可以縮短。
3、LyoBeads在研發(fā)中的應用
在對凍干珠的配方進(jìn)行篩選時(shí)，有三個(gè)主要測試階段：相容性、初篩選和復篩選。
作為相容性步驟的一部分，根據經(jīng)驗和初始熱分析結果，建議選擇多達30種輔料。然后對這些賦形劑進(jìn)行測試，以檢查其在液體狀態(tài)下的相容性，使得不會(huì )發(fā)生干擾。
從這些最初的測試中，選出一些有希望的候選液體配方進(jìn)行凍干。所有候選配方都使用相同的冷凍干燥循環(huán)處理。樣品在相同的工藝條件下進(jìn)行比較。對最優(yōu)的干燥產(chǎn)品進(jìn)行表征。
在某些情況下，統計分析方法(實(shí)驗設計DoE)可擴展配方候選列表，以確定基于特定參數的理想配方，如活性藥物成分(API)的玻璃化轉變溫度(Tg’)、凍干珠的機械性能和凍干后的產(chǎn)品活性。遵從法規定義設計空間，確定每個(gè)批次的理想凍干條件。
研發(fā)出LyoBead配方，就可以擴大生產(chǎn)規模。
4、案例研究
診斷試劑-PCR技術(shù)
本研究旨在延長(cháng)已開(kāi)發(fā)的COVID-19檢測PCR檢測的液體制劑的保質(zhì)期。試劑需要在室溫下以高通量（96孔格式）儲存，并且其反應質(zhì)量不受影響。此外，還需要考慮在短時(shí)間內提高產(chǎn)量。
使用冷凍干燥顯微鏡對液體制劑進(jìn)行熱分析，逐漸升高溫度，直觀(guān)地確定塌陷點(diǎn)。使用Lyotherm（BioPharma Group）的進(jìn)一步分析，結合電阻抗和差熱分析（DTA），確定配方的玻璃化轉變溫度。
基于以上熱分析結果，將酶、緩沖液、引物、探針等一起配置凍干珠溶液配方，并采用相容性、初篩、復篩的方式確定理想配方成分。
目測評估珠粒的形態(tài)和精致度，隨后通過(guò)改進(jìn)的差示掃描量熱法（DSC）進(jìn)一步表征產(chǎn)物的熱性能。
為了了解產(chǎn)品在儲存過(guò)程中的表現，需評估吸濕性及機械穩定性。
圖1：研發(fā)-PCR凍干珠
動(dòng)態(tài)水分吸附（DVS）測量樣品在給定溫度下吸附水分的情況，并將指示產(chǎn)品在特點(diǎn)情況下可以?xún)Υ娑嚅L(cháng)時(shí)間。
凍干產(chǎn)品在儲存和運輸過(guò)程中會(huì )受到機械應力。使用MicroPress (Biopharma Group)對凍干蛋糕施加控制壓力，可以測量?jì)龈芍樵诓槐黄茐牡那闆r下承受的應變百分比。用曲線(xiàn)上的斷點(diǎn)來(lái)形象地說(shuō)明這一點(diǎn)，這些斷點(diǎn)表明產(chǎn)品是易碎的。
圖2：研發(fā)-LyoBeads的機械性能
然后評估穩健的產(chǎn)品復水性。冷凍干燥的產(chǎn)品可以更快更容易地復水，因為凍干過(guò)程會(huì )留下微小的孔隙?？梢酝ㄟ^(guò)電子顯微鏡檢查這些孔的大小、分布和連通。
總之，根據上述研究，測試并比較了幾個(gè)用于COVID19 PCR檢測的候選物。在確定了主要候選產(chǎn)品并優(yōu)化了循環(huán)條件后，對幾個(gè)批次進(jìn)行了驗證，確認了可用于商業(yè)用途的理想凍干珠產(chǎn)品。
生物制品-細菌疫苗
在這項研究中，目標是開(kāi)發(fā)一種含有滅活的革蘭氏陰性菌的口服疫苗的合適制劑，該制劑長(cháng)期穩定并可快速復水。
對不同形式和方法的研究表明，凍干珠是理想選擇。該研究還為技術(shù)轉讓和新的生產(chǎn)線(xiàn)提供了支持。
研究表明，快速冷凍凍干珠不會(huì )破壞細菌，是制作凍干珠的優(yōu)先選擇方法。在第一次篩選循環(huán)之后，相容性測試和后處理分析確定了合適的凍干保護劑。
BioPharma協(xié)助將該技術(shù)轉移到客戶(hù)所在地，并幫助在現場(chǎng)創(chuàng )建高效運行流程。
藥品.口服片劑
口服片劑在放入包裝之前需要研磨和壓片。在本研究中，目標是試驗使用凍干珠制備口服給藥的藥物產(chǎn)品。凍干珠的設計不需要研磨和壓片，這在技術(shù)上和商業(yè)上都是有益的。
分析和優(yōu)化凍干珠需要DOE方法來(lái)最大化參數。該方法使用前面描述的幾種技術(shù)分析API的活性、溶解速度、冷凍狀態(tài)下的熱穩定性和干燥球體的機械性能。
通過(guò)計算殘留水分含量和調制差示掃描量熱法（MDSC）分析，確定了凍干機出樣合適的時(shí)間。
這些研究助力了凍干珠的高效生產(chǎn)的發(fā)展，與研磨和壓片產(chǎn)品相比，凍干珠吸收更少的水分，并且生產(chǎn)更快、更經(jīng)濟。
營(yíng)養品-益生菌
本案例研究是關(guān)于口服益生菌的。最終的配方需要數以百萬(wàn)計的益生菌在加工后保持活力。長(cháng)保存期和短復溶時(shí)間也是基本目標。
凍干珠是理想形式，但這些2mm的珠子不是快速冷凍的，而是在含有鈣離子的緩沖液中由藻酸鹽形成的聚合物。
在幾個(gè)冷凍干燥循環(huán)的相容性研究中，確定了合適的冷凍或凍干保護劑和理想冷凍速率。在冷凍干燥顯微鏡上觀(guān)察凍干珠的任何物理結塊或形狀損失。
改變冷凍干燥循環(huán)中的壓力和溫度能夠為該產(chǎn)品創(chuàng )造適當的設計空間。
圖3：四個(gè)循壞，研究合適的設計空間
5、結論
在制藥和診斷領(lǐng)域，凍干珠是制造可長(cháng)期儲存的穩定產(chǎn)品的簡(jiǎn)單解決方案。一旦生產(chǎn)出來(lái)，珠子可以放入任何容器中，以適應不同的產(chǎn)品變化，并且可以在包裝前批量?jì)Υ?。然而，有不同的方法?lái)創(chuàng )造這些液珠，需要通過(guò)兼容性測試、初篩選和復篩選進(jìn)行優(yōu)化。
LyoBeads可用于許多不同的領(lǐng)域，上面的案例研究中描述了其中的幾個(gè)領(lǐng)域。這些珠子重要的應用之一是在PCR中，其中在室溫下儲存的穩定凍干產(chǎn)品可以加速和增加PCR篩選分析的通量。
6、問(wèn)答環(huán)節
Q：凍干珠生產(chǎn)型凍干機
SP Ultra凍干機是專(zhuān)門(mén)針對IVD行業(yè)的需求開(kāi)發(fā)的一款機型，占地面積?。?/span>0.77m2），凍干面積大（最大可達2.13m2）?？蛇x擇溫度比較法，壓力升測試法，皮拉尼與電容壓差法等完善的PAT工具來(lái)開(kāi)發(fā)、優(yōu)化凍干工藝及控制整個(gè)過(guò)程。沒(méi)有常規生產(chǎn)型凍干機臃腫的體積，恰恰好地滿(mǎn)足了IVD企業(yè)的生產(chǎn)需要，在國內外受到廣泛好評。
Q：如何確定產(chǎn)品可承受的最大壓力？
MicroPress使用線(xiàn)性執行器輕輕壓縮凍干餅，以確定凍干餅的剛度（楊氏模量）和強度（破壞時(shí)的最大應力）。
Q：液氮冷凍凍干珠，與標準的西林瓶灌裝凍干相比，在凍干過(guò)程中有什么差異？
液氮冷凍冷卻速度會(huì )快得多，產(chǎn)生非常小的冰晶?？赡軙?huì )增加產(chǎn)品的耐升華性，但考慮到珠子的表面積與體積之比遠高于標準小瓶，整體升華速率仍然會(huì )非?？?。
Q：如何控制LyoBeads的靜電？
通過(guò)使用適當的賦形劑和容器，可以盡可能大限度地減少靜電問(wèn)題。