为什么蛋白质和容器之间的相互作用很重要?
在制造、储存和运输过程中，治疗蛋白会遇到多种表面和材料，如金属、玻璃、油和聚合物。这些产品可以从不锈钢生产容器到玻璃预填充注射器输送装置。蛋白质固有的表面活性特性可以使它们与表面相互作用，导致可能的变性和随后的聚集。这种聚集会产生与安全相关的问题，如不希望的免疫反应、不希望的交叉反应或失效。
赋形剂药物蛋白保护机制研究
赋形剂是蛋白质制剂的添加剂，有助于稳定蛋白质的结构并最小化任何潜在的不需要的聚集级联。它们可以从简单的缓冲剂到更复杂的组分，例如氨基酸，糖，表面活性剂和抗氧化剂。表面活性剂或表面活性剂，在确定蛋白质如何通过三种可能的机制（图1）的情况下发挥重要作用（图1）：
- coformulation.：药物配方中的表面活性剂在蛋白质分子上形成保护涂层，这反过来防止它们粘附在表面上。
- 表面相互作用：表面活性剂在表面上形成保护层并抑制蛋白质吸附。
- 蛋白质相互作用表面活性剂与吸附的蛋白质相互作用并把它们从表面除去。
图1：示意图代表表面活性剂的三种可能的药物蛋白质保护机制：Coformuct，表面相互作用和蛋白质相互作用。（转载Biolin Scientific的许可。）
QCM如何帮助量化蛋白质表面吸附
表面敏感的QSense石英晶体微天平耗散(QCM-D)技术可用于评估蛋白质如何与制造容器、加工材料(如过滤器)、存储容器或输送设备相互作用。QCM-D是一种基于传感器的表面技术，可以实时监测表面的纳米级变化。
由于可以在QCM-D传感器上准备多个不同的表面材料，因此可以轻松研究各种不同材料的可能性。该技术可以量化与表面相互作用的蛋白质的量，以及所得到的结构（粘弹性）性能从蛋白质溶液和QCM-D传感器之间的相互作用变化。可以评价赋形剂的存在或缺乏等制剂，如浓度，pH或型缓冲液类型，以确定它们对吸附特性的影响。可以容易地探测温度波动，pH变化或搅拌等应力。
QSense提供广泛的现成传感器表面模仿各种存储，过滤，和交付表面材料，并定制表面，以满足特定的工业需求。以下是Biolin Scientific/Nanoscience Instruments目前提供的与制药相关的QCM-D传感器列表:英超利物浦足球俱乐部
QCM-D传感器类型:
| 塑料包装 | 袋 |
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| 玻璃容器 | 过滤材料 |
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| 预先填充注射器 | 其他相关材料 |
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注:可根据客户要求定制传感器表面。
案例研究表明QCM-D可以用于量化蛋白质-表面相互作用
在本案例研究中，模型蛋白溶菌酶被吸附在聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)和不锈钢上，在有无聚山梨酯20 (PS20)的情况下，聚山梨酯20是药物配方中常用的辅料。PVDF通常用作蛋白溶液的过滤材料。聚苯乙烯被用来模拟诊断仪器和一次性实验室用具、培养皿、组织培养组件、烧瓶和移液管。选择聚四氟乙烯是因为它提供了优异的化学和热电阻，目前正用于各种应用，包括过滤器、阀门、配件、密封件、垫片、罐、容器和油管。188金宝搏app安卓下载不锈钢被选择来代表生产容器。
在PBS缓冲液中制备10mg / ml（1％）的溶菌酶。PS20以0.05％（v / v）浓度使用。将溶液泵入QSense分析仪以100μl/ min的流速使用蠕动泵。
在括号中定义的描述符的每一种表面上进行以下4组实验:
- PBS基线→溶菌酶+ PS20混合物的吸附→PBS缓冲洗涤（Coformuct）
- PBS基线→PS20的吸附，然后是溶菌酶→PBS缓冲洗涤（表面相互作用）
- PBS基线→吸附溶菌酶，然后是PS20→PBS缓冲洗涤（蛋白质相互作用）
- PBS基线→溶菌酶的吸附→PBS缓冲洗涤（对照）
QCM-D技术实时监测两个参数:频率(f)和能量耗散(D)。频率与质量变化有关:频率的负移表明质量吸附。耗散与质量的柔软性或粘弹性有关:正耗散表示质量较软。声学比值，即耗散与频率D/f的比值，可以提供有关蛋白质变性的有用信息。
表面的影响：
结果表明，表面组成显著影响蛋白质吸附量(图2)。吸附量在亲水不锈钢上最高，在疏水聚四氟乙烯上最低(图2c和2d)。
表面活性剂的影响:
PS20的存在，无论是在溶液中还是在表面上预吸附，都显著降低了蛋白质在PVDF和聚苯乙烯表面的吸附(图2a和2b)。相反，PS20对PTFE和不锈钢表面没有显著影响(图2c-2d)。
表面活性剂与药物制剂(共制剂)混合后的保护作用与预吸附的表面活性剂层相似(表面相互作用)。用PS20(蛋白质相互作用)对吸附的蛋白质层进行后处理并没有产生明显的蛋白质去除。
声比(D / f):
在图2中显示为红色“X”的声学比（D / F）提供了有关吸附质量柔软性的信息。吸附质量的任何结构变化，例如，由于表面活性剂添加，会改变比例。在不锈钢表面上，在所有条件下，声学比仍然恒定，并且在所有条件下表明吸附的质量刚性并且不受表面活性剂存在的影响（图2D）。由于更改的蛋白质构型，可以形成刚性结构。在聚合物表面上，声学比在PS20（图2A，2B和2C）存在下增加，表明在表面活性剂存在下，这些表面上的吸附质量相对较弱。
结果表明，聚山梨酯20对蛋白质的保护作用取决于所研究的表面材料。这个例子展示了表面活性剂如何通过在蛋白质和材料表面之间形成保护屏障来保护蛋白质不与表面相互作用。该数据还可能表明蛋白质在吸附到特定表面(如不锈钢)时的变性以及在进一步的表面相互作用中聚集的潜在风险。
排名前5的QCM-D制药出版物
QCM-D技术的使用在许多出版物中都有报道。在这里，我们列出了排名前五的出版物，并强调了他们研究的内容。
1.李俊等，“蛋白质-硅油相互作用的机理理解”，药学研究，2012,29(6)，1689-1697。https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22350802
Li等人应用QCM-D增强了对不同材料表面表面活性剂-蛋白质稳定机制的理解。表面活性剂如聚山梨酯80 (PS 80)被添加到配方中作为稳定剂，以保护蛋白质免受任何不利的表面诱导效应。
2.Zheng S. et al.“利用微流成像、阿基米德和石英晶体微天平对预充注注射器中蛋白质药物产品的颗粒特性研究”，中国生物医学工程学报，2017,19(1)，110-116。https://link.springer.com/article/10.1208/s12248-016-9983-1
Zheng等人使用QCM-D结果，结合微流动成像(MFI)和阿基米德测量颗粒大小和密度，以更好地理解蛋白质药物聚集。
3.A.Oom等人。单克隆抗体的表面相互作用，其特征在于耗散石英晶体微稳定：疏水性和蛋白质自相互作用的影响“J Pharm Sci 2011,101（2）：519-529https://doi.org/10.1002/jps.22771
Oom等人利用QCM-D研究了mAb1和mAb2两种单克隆抗体的吸附行为，它们的疏水性和自齐聚性有显著差异。两种分子的表面吸收受表面材料、表面活性剂有无和浓度的影响。
4.Wiseman ME, et al.“在疏水表面上的抗体吸附和取向”Langmuir 2012 28:1765-1774。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/la203095p
Wisman等人。利用QCM-D基本地理解吸附到疏水性固体表面的MAB的取向。
5。J. Li等人。“药物相关材料表面的聚丙烯氧化物 - 聚环氧丙烷类表面活性剂的吸附：表面能量和表面活性剂结构的影响”Phar Dev Technol 2019 24：70-79https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10837450.2018.1425431
Li等人描述了使用QSense QCM-D来表征用于生物制品开发的四种典型表面:聚碳酸酯、聚醚砜、硼硅酸盐玻璃和纤维素，以探索Pluronics/Poloxamers (PEO-PPO-PEO共聚物)表面活性剂的相互作用。