浅谈mRNA疫苗的分装

随着新冠疫情的持续，新冠疫苗的接种变得越来越重要。面对各种疫苗研发平台，mRNA疫苗开始走进大众的视野并被熟知。近期星德科也参与到了mRNA疫苗国内外多个项目，关于剪切力对mRNA疫苗的影响，以及如何选择分装系统被广泛的讨论。

蛋白产品小分装量分装系统分析

在2020年，国外的研究人员针对小装量的蛋白质产品（例如mAb产品）如何选择合适的分装系统分别在柱塞泵、蠕动泵（放射形和线形）上进行了分装模拟。总结起来试验可以分为三部分：
1）蛋白质产品分装；
2）脂质体包裹荧光剂的分装实验；
3）CFD计算机流体动态模拟；

1    蛋白质产品灌装后检测，发现针对小装量产品，柱塞泵分装产生的颗粒最多，蠕动泵较少。该结论与大众的普遍观点比较符合。普遍意义上，柱塞的上下活动被广泛认为是产生剪切力的主要活动，从而产生大量颗粒。

但是后续在采用脂质体分装模拟和CFD流形模拟测试后发现对产品剪切力的影响并不像上述结论那么简单。

图1：脂质体包裹荧光剂分装后滤膜成像[1]

在目前所有已知的无菌灌装过程中，药物产品都暴露在剪切应力下。为了研究剪切应力对潜在蛋白质降解的影响，研究人员在灌装后对两种不同的mAb制剂进行了对比。两种mAb制剂都被循环了15次，作为最坏的情况，以扩大在灌装过程中因蛋白质降解或材料脱落而产生的任何颗粒形成。收集再循环的样品（1×，5×，10×，15×），并与没有经过灌装步骤的对照（无菌过滤后的起始材料）进行比较。随着再循环次数的增加，亚可视颗粒的形成呈上升趋势。亚可视颗粒形成的增加反映在浊度的增加上。比较三种不同类型的泵在亚可视颗粒形成方面的情况，结果是活塞泵的再循环产生的颗粒数最高，其次是径向蠕动泵和线性蠕动泵，差别很大。

2    脂质体包裹荧光剂分装实验。脂质体蠕动泵分装模拟后的滤膜上可以清晰的看到扁平的蛋白质大分子，但是这个在柱塞泵分装后的滤膜上却很难被观察到，这个现象说明产品在蠕动泵软管内受到了更大的剪切力。

图2：不同分装系统的剪切力CFD 分析[1]

3    进一步的CFD流形模拟更加确认了这一点。通过图2可以清晰的看出柱塞泵内产品受到的压力低于两种蠕动泵。

从技术上讲，要获得关于配料系统内部流体动力学的信息是非常困难的。为了确定这一领域的流体动力学，研究人员采用计算流体动力学（CFD）模拟。由于新型定量脂质体模型的结果显示，尽管活塞泵的颗粒数最高，但剪切率却不是所有三个测试泵中最高的。为了进一步调查蛋白质损伤的可能根源，在低容量无菌灌装期间，通过CFD进行了后续研究。根据每台泵的技术图纸，模拟了低容量无菌灌装时的剪切率和速度，并与实验结果进行了比较。图2显示了不同灌装系统中两个连续运动状态的剪切率和相应的流体速度。通过分析，可以估算出在低容量灌装过程中，根据泵的类型，剪切率水平。

图3：时间沙漏

研究人员最后确认针对小装量蛋白产品，蠕动泵对产品的剪切力甚至大于柱塞泵。而柱塞泵之所以产生更多的颗粒是因为在小装量时始终有一部分产品（分装量越小，这部分产品占最后分装量的比重越高）会停留在柱塞内作为润滑被反复多次摩擦，从而产生更多的颗粒。

时间压力法分装

时间压力法的原理类似于一个时间沙漏，通过控制液体产品分装过程中的时间和压力，来实现定量精确分装。该方法具有无需抽吸产品，对产品无任何挤压，没有可产生磨损的部件等显著特点，特别适用于易结晶、不耐受剪切力或摩擦挤压的各类产品。例如：胰岛素，大分子蛋白等。时间压力法在某些方面弥补了柱塞泵或是蠕动泵的一些缺点，是整个液体分装系统中必不可缺少的一部分。

mRNA疫苗产品的检测

基于上述的研究和讨论，星德科对使用时间压力法分装的mRNA疫苗（一种样品，并非所有mRNA疫苗）进行了灯检测试。

光源：左图为穿透光，右图为反射光

mRNA疫苗的生自动灯检工艺，与常规疫苗不同，mRNA疫苗的装量更少，一般在0.5ml以下；佐剂含量较高，致使药液浊度高；而且药液还具有一定的粘度，易产生挂壁现象。在普通的灯检机上很难摸索出适合mRNA疫苗的工艺参数。

星德科新一代自动灯检技术，在图像摄取和图像算法分析方面做了跨时代的革新，能够更准确的分析和判断产品内是否有异物，是否存在外观缺陷或瑕疵，在保证较好检出率的前提下，有效提高产品的收率。在对mRNA疫苗的实际样品测试中，表现出了非常好的检测效果，在检出率达到97%的情况下，误剔率为零。下图为实际测试照片：

小结

采用时间压力法对mRNA产品进行分装变成越来越多企业的优先选择，其它分装系统则在对这类产品的分装上被逐步迭代更替。

作者：星德科

来源：荣格-《国际医药商情》

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