16 种配方经 Big Tuna 置换浓缩后,15 种回收率超过 90%;真正把配方区分开的,是 Stunner 测出的 B₂₂ 和 kD。实验用 Big Tuna 把 4 种单抗自动置换到 4 种辅料组合的缓冲液中,再用 Stunner 在同一个 2 µL 样品上测回收率、粒径、PDI、B₂₂ 和 kD。16 种配方的胶体稳定性由 B₂₂ 和 kD 判读:两者为正说明蛋白分子互相排斥、不容易聚集,为负说明有聚集风险。
mAb1、mAb2、adalimumab 和 trastuzumab 四种单抗从 26 mg/mL 母液稀释到 10 mg/mL,14,000×g 离心后 0.1 µm 过滤。每种 400 µL 加入 10 kDa MWCO 再生纤维素 Unfilter 96 板,在 Big Tuna 上三孔重复置换到 10 mM histidine(pH 6.0)+ 0.001% PS80 缓冲液中。缓冲液分 4 种配方,分别加 0.9% NaCl、80 mg/mL 蔗糖、10 mg/mL 精氨酸,或蔗糖与精氨酸的组合(浓度同上):
4 种单抗分别置换到含 0.9% NaCl、80 mg/mL 蔗糖、10 mg/mL 精氨酸或 80 mg/mL 蔗糖 + 10 mg/mL 精氨酸组合的 10 mM histidine 缓冲液中。
mAb1、mAb2 和 adalimumab 置换后浓缩到 100 mg/mL。Trastuzumab 从 8.5 mg/mL 起始、200 µL 单孔操作,置换到同样的 4 种配方中,浓缩到 10 mg/mL。Big Tuna 用默认蛋白参数,自动监控体积和浓度。
Stunner 用缓冲液空白校正,检查初始和最终蛋白浓度、粒径和 PDI。然后把 4 种单抗在 4 种配方中各做 2–10 mg/mL 稀释系列,用 B₂₂ & kD 应用测量,四次重复,2 µL 每孔。E1% 分别为 mAb1 14.7、mAb2 14.4、adalimumab 16.4、trastuzumab 15。
16 种配方中 15 种的回收率超过 90%(以 Stunner 测的初始和最终浓度计算)。唯一略低于 90% 的是 adalimumab 的蔗糖+精氨酸配方;回收率在不同单抗和辅料之间没有明显趋势,所有样品都达到了目标置换率和浓度。
未聚集的单抗流体动力学直径通常在 10–12 nm,PDI ≤ 0.1。NaCl 和精氨酸单独配方中,四种单抗粒径正常,PDI 多在 0.1 以下。但 adalimumab 在蔗糖配方中出现了聚集:粒径达到 71 nm,PDI 0.14,三个平行孔的结果一致,说明 adalimumab 在 histidine + 蔗糖中聚集。含蔗糖的配方(蔗糖单独、蔗糖+精氨酸)中,其他样品 PDI 略高于 0.1,但粒径正常;adalimumab 在蔗糖+精氨酸组合中也没有聚集。
(A)16 种配方的回收率,虚线 = 90% 标准。(B)粒径(柱状图)和 PDI(圆点),虚线 = 10 nm 粒径和 0.1 PDI。误差线 = 1 SD。
mAb1 的 DLS 强度分布也能看到辅料的影响:NaCl 配方中只有 10 nm 处一个尖锐单峰;蔗糖配方中主峰仍在 10 nm,但在 0.8 nm 附近出现了一个小峰,可能是蔗糖本身的散射信号。结合回收率和粒径数据看,只要配方本身不导致聚集,Big Tuna 的正压 UF/DF 和温和轨道混合就不会在置换过程中引入额外的聚集风险。
mAb1 在 NaCl(左)和蔗糖(右)配方中的 DLS 强度分布。蔗糖配方在 0.8 nm 处有小峰,可能来自蔗糖本身。
蛋白浓度升高后,分子间相互作用开始变得重要。吸引力让蛋白扩散变慢、容易聚集,排斥力让扩散变快、聚集风险低。kD(扩散相互作用参数)描述的就是这个关系:正值 = 排斥,负值 = 吸引。Stunner 用 DLS 测不同浓度下的扩散系数,再结合 UV/Vis 浓度算出 kD。
B₂₂(第二维里系数)是蛋白自身相互作用的热力学参数,从静态光散射(SLS)的 Debye 图(散射光强 vs 浓度的线性回归)得到。正值同样表示排斥、负值表示吸引。Stunner 在同一次实验中同时测出 B₂₂ 和 kD。
mAb1 在 4 种配方中的 Debye 图(左,Kcr vs 浓度)和扩散系数 vs 浓度(右)。蔗糖配方斜率为正 = 排斥力主导、聚集风险最低。四次重复,虚线为线性回归。
mAb1 在含蔗糖(不含 NaCl 或精氨酸)的配方中 B₂₂ 和 kD 都为正值且最大,说明这个配方下蛋白分子间排斥力最强、在高浓度下最不容易聚集。其他配方的斜率都是负值或接近零。
mAb / 辅料 / B₂₂ (mL·mol/g²) / kD (mL/g)
amber 高亮 = 每种单抗中 B₂₂ 和 kD 最大的正值配方(最稳定)。Adalimumab 能测出数值的配方均为负值,没有测试到的辅料能在高浓度下稳定它。n.d. = 蔗糖配方中 adalimumab 聚集,无法测定。
mAb2 在精氨酸+蔗糖组合中 B₂₂ 和 kD 最大(正值)。Trastuzumab 和 mAb1 一样,在蔗糖单独配方中最稳定。Adalimumab 在能测出数值的配方中 B₂₂ 和 kD 都是负值,说明这些辅料都无法在高浓度下稳定它。这和前面粒径数据中 adalimumab 在蔗糖中聚集的结果一致。另一篇 Stunner 技术说明里,adalimumab 加 150 mM 蔗糖时 kD 为正。那次没有置换和浓缩,缓冲液里也没有 PS80,蔗糖浓度也不同,两个结果不能直接对比。
16 种配方中 15 种回收率超过 90%,看到的聚集都出在 adalimumab 加蔗糖这类配方本身,置换过程没有额外引入。所以置换和浓缩可以交给 Big Tuna,一板处理 96 个样品,不用手动操作透析袋或离心超滤管。Stunner 则在 2 µL 上同时测出浓度(回收率)、粒径(聚集筛查)和 B₂₂/kD(胶体稳定性预判)。
同一辅料对不同单抗的作用方向可以相反:蔗糖让 mAb1 的 kD 为正,却让 mAb2 为负,所以配方要逐个分子筛。B₂₂ 和 kD 在约 10 mg/mL 的早期发现阶段浓度下就能测出,可以预判蛋白在后续高浓度制剂阶段(工艺放大和生产)的聚集风险。