Cómo hacer que su formulación de proteínas dure y dure y dure
Bart ofrece consejos y trucos sobre cómo mejorar sus formulaciones de proteínas.
La estabilidad es importante sin importar si está tratando de formar un castillo de arena, un reactor nuclear, una nueva relación o una nueva formulación de proteínas. Así que esta es la continuación de la serie de formulaciones de proteínas de Bart, donde profundiza en los métodos de secado por aspersión y liofilización para aplicaciones de proteínas y péptidos. En esta publicación, aprenda más sobre cómo usar estas técnicas para lograr una formulación de proteína estable.
Los ingenieros aman la estabilidad, pero también los científicos. Si vamos a hacer el trabajo, entonces al menos el producto debería estar hecho para durar, ¿verdad? Podría hablar sobre la estabilidad en cualquier área de investigación, pero como mencioné las formulaciones de proteínas en mi última publicación de blog , ¿qué tal si me mantengo en el tema y les doy algunos consejos más sobre cómo usar el secado por pulverización y la liofilización para optimizar su formulación de proteínas?
Siempre que secamos una formulación de proteína, al igual que esos ingenieros y constructores, lo que más nos preocupa es lograr la estabilidad a largo plazo. Por lo general, podemos formular moléculas pequeñas sin excipiente, ya que su contenido de humedad puede alcanzar un valor lo suficientemente bajo como para mantener la formulación estable durante períodos de tiempo más prolongados.
Las proteínas, por otro lado, son más lábiles que los péptidos. Su estabilidad depende en gran medida de su estructura conformacional y del contenido de agua de la formulación proteica. Las proteínas necesitan agua para evitar la desnaturalización, por lo que la formulación de la proteína debe optimizarse y el proceso de secado debe controlarse adecuadamente para evitar problemas de estabilidad. En algunos casos, las proteínas podrían incluso volverse inestables durante el proceso de secado, pero si no se produce una reacción irreversible, como la agregación, la proteína podría replegarse por completo y mostrar la estabilidad farmacéutica adecuada después de la reconstitución.
Una formulación bien diseñada considera la especificidad de la molécula, el estrés por secado durante el proceso, el método por el cual se produjo y purificó la proteína y la ruta de degradación de la molécula. Y luego, por supuesto, vienen los parámetros de la técnica utilizada para la formulación de proteínas:
Formulación proteica con secado por aspersión
Los resultados del método de secado por aspersión dependen en gran medida de las propiedades del material, el diseño del equipo y los parámetros del proceso. Estos factores influyen en la calidad del producto final en términos de:
◾Morfología
◾Humedad residual
◾Tamaño de partícula
Para reducir la degradación térmica de la proteína o péptido en su formulación de proteína, debe concentrarse principalmente en la temperatura y el tiempo de residencia. La temperatura de salida es la temperatura máxima experimentada por el producto o la temperatura a la que la molécula pasa más tiempo. Por tanto, este parámetro es clave para prevenir la degradación térmica.
Si la temperatura de salida es más baja que la temperatura de degradación de la proteína, el material experimentará menos degradación térmica. Pero una temperatura de salida demasiado baja puede resultar en una vida útil más corta a un aumento en el contenido de agua residual. Es importante encontrar la temperatura de salida ideal en la que pueda obtener un producto en forma de polvo seco, sin inducir la degradación de su formulación proteica.
Generalmente, el secado por aspersión de proteínas para su uso como biofarmacéuticos, se realiza con una temperatura de salida por debajo de 100 ° C, con velocidades de alimentación muy bajas.
El tiempo de residencia es importante para minimizar la degradación térmica de los materiales sensibles al calor. Las partículas finas con una gran cantidad de humedad superficial tienden a experimentar una fácil evaporación, por lo que requieren un tiempo de residencia corto. La aspersión fina a semi-gruesa que necesita un bajo contenido de humedad requiere un tiempo de residencia medio, mientras que la esterilización más gruesa con un contenido de humedad residual aún menor requiere el tiempo de residencia más prolongado.
El tiempo requerido para evaporar una gota de agua pura se informa como 0.03 s para una gota de 10 um y 3 s para una gota de 100 um.
El tiempo de residencia típico de un secador por pulverización a escala de laboratorio para formulación de proteínas está en el rango de 0,2 a 0,35 s. El tiempo de residencia viene dado por el volumen de la cámara de secado y el caudal del gas de secado. Dado que el volumen de la cámara de secado es constante, solo se puede ajustar el caudal de gas. Sin embargo, la mayoría de los secadores por aspersión funcionan con el caudal de gas de secado máximo para maximizar la capacidad.
Formulación proteica con liofilización
El paso más crítico del proceso de liofilización es la congelación, ya que establece la microestructura del producto secado. Debe congelar el producto a una temperatura lo suficientemente baja como para solidificarlo por completo. La mayoría de los productos líquidos, incluidas las formulaciones de proteínas, se congelan formando cristales de hielo. El tamaño y la forma de los cristales de hielo dependen de la velocidad de enfriamiento y definen la capacidad de liofilización de las partículas.
El enfriamiento rápido da como resultado pequeños cristales de hielo, mientras que un enfriamiento más lento conduce a cristales de hielo más grandes. En términos de liofilización, los cristales de hielo más pequeños son más difíciles de eliminar del producto que los más grandes. Aún así, la temperatura de congelación de una formulación de proteína se define por sus características y composición.
Generalmente, las formulaciones se pueden congelar de dos formas diferentes. Las mezclas eutécticas contienen sustancias que se congelan a temperaturas más bajas que el agua que las rodea. Al enfriar una mezcla eutéctica, el agua es la primera en separarse de las sustancias a medida que se congela y se convierte en hielo. La formulación de proteína puede parecer congelada, pero las sustancias restantes aún son líquidas. Forman áreas concentradas que eventualmente se congelan a temperaturas por debajo del punto de congelación del agua.
La temperatura en la que todos los componentes de la mezcla se congelan adecuadamente se llama temperatura eutéctica. Esta es la temperatura crítica de la formulación de proteína y la temperatura máxima que la formulación de proteína puede soportar durante el proceso de liofilización.
La aplicación de vacío a una mezcla eutéctica incompletamente congelada podría resultar en la destrucción del producto ya que los componentes no congelados se expanden cuando se colocan al vacío.
La otra clase de mezclas es amorfa y forma estados vítreos cuando se congelan. Con la disminución de la temperatura, la formulación de la proteína se vuelve más viscosa y finalmente se congela hasta convertirse en un sólido vítreo en el punto de transición vítrea. Para los productos amorfos, el punto crítico en términos de estabilidad se denomina temperatura de colapso. La temperatura de colapso suele ser ligeramente más baja que el punto de transición vítrea. Los productos amorfos son generalmente muy difíciles de liofilizar.
Las proteínas son moléculas con una temperatura de transición vítrea relativamente alta y, por lo tanto, son fáciles de congelar y secar. Al congelar, se crea la estructura final en la que se incrustará la proteína. Si la estructura no es correcta, la proteína se bloqueará en una conformación incorrecta y potencialmente puede perder potencia. Por tanto, es importante evaluar el método de congelación (lento frente a rápido) y su impacto en la integridad de las proteínas.
Para el secado primario, normalmente puede desarrollar el ciclo utilizando información de la temperatura de transición vítrea para definir la temperatura del estante y la presión de la cámara. La duración de la fase se puede determinar utilizando herramientas, como la determinación del punto final (temperatura y presión) o el conocimiento científico.
Mientras que el secado primario se desarrolla utilizando información de las características térmicas de la molécula, el ciclo de secado secundario se desarrolla utilizando información sobre la estabilidad térmica de la molécula.
La temperatura del estante y la duración podrían afectar la potencia del producto. El secado secundario también determina el nivel de humedad residual en el producto y por lo tanto su estabilidad y vida útil. La humedad restante puede aumentar las reacciones de degradación durante la vida útil del producto y debe mantenerse a un nivel bajo, generalmente por debajo del 3%.
Consejos para su formulación de proteínas
Debe almacenar proteínas y péptidos a -80⁰C o en hielo, no se recomienda congelarlos a -20⁰C. Antes del almacenamiento, conviene filtrar sus proteínas purificadas. Es preferible la congelación rápida con una mezcla de hielo seco / etanol que la congelación lenta a -20⁰C. Para aumentar la estabilidad durante los ciclos de almacenamiento, congelación y descongelación, considere agregar sacarosa o glicerol a su mezcla. Tenga cuidado al elegir su solvente proteico y potencialmente use protectores, como la trehalosa, para estabilizar las moléculas y ayudar a retener su actividad funcional.
Mida la temperatura de degradación y de su proteína, si es posible. También intente determinar la temperatura de transición vítrea de su formulación de proteínas (proteína + excipientes)
Use azúcar y aditivos de azúcar en su formulación de proteínas para proteger las proteínas secadas por aspersión y liofilizadas contra la deshidratación y el estrés térmico.
Considere si el diseño de su formulación de proteínas es apropiado para el método de secado elegido. Es muy difícil diseñar un ciclo de liofilización en torno a una formulación de proteína que no se adapte bien a la liofilización. Por ejemplo, las proteínas en la solución salina tamponada con fosfato son extremadamente difíciles de liofilizar.
Desarrolle y optimice su ciclo de liofilización para cada producto. Un ciclo no sirve para todos.
Los métodos de congelación utilizados antes de la liofilización pueden afectar significativamente la estructura del hielo formado, afectando tanto el flujo de vapor de agua durante el secado primario como en el producto final. Trate de controlar cómo se congela una solución para lograr un tiempo de liofilización más corto y formulaciones de proteínas más estables.
¡Intente aplicar el conocimiento y los consejos de esta publicación y veamos si sus formulaciones de proteínas duran más que la presa Hoover!
Denoulet Bart
Texto extraído del Blog de Bart de BUCHI. Para mas información acceda al Blog original haciendo clic aquí
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