脂质纳米颗粒清洁工艺开发的注意事项
在过去的几十年中，亲水性和亲脂性药物活性物质的药物递送载体取得了极大进展。药物递送载体从基本的脂质体和乳液发展到了脂质纳米颗粒（LNP）以及更先进的纳米结构脂质载体（NLC），从而提高了治疗效果，减少了降解，提高了稳定性，控制了剂量，并最大限度地减少了靶标活性物质的不良毒理学影响。这些封装的LNP 和 NLC 的粒径范围为 50–1000 nm，并包含脂质、表面活性剂、乳化剂、助表面活性剂、电荷调节剂、防腐剂、冷冻保护剂等成分。
根据成分和生产工艺，药物活性成分可能位于核心、脂质双层、表面或组合位置。LNP 和 NLC 递送载体已用于口服、肺部、鼻腔、局部、眼部、静脉内和肌肉内给药。最近，这些 LNP 和 NLC 已被用于多种疫苗，包括Moderna/美国国家过敏和传染病研究所 (NIAID) 以及辉瑞/BioNTech的甲型肝炎、流感、带状疱疹和COVID-19 信使 RNA (mRNA) 疫苗。
表1. 脂质纳米颗粒 (LNP) 和纳米结构脂质载体(NLC) 的典型成分、工艺技术和给药途径
当用水、氢氧化钠水溶液或酒精清洗时，含有活性成分的LNP的低溶解性和复杂性会造成不小的挑战（表II）。酒精可改善 LNP 的溶解性；然而，这会产生易燃性、储存、处理和处置问题。使用结合药物成分、LNP 或 NLC 递送载体、生产工艺条件和表面材料的实验室试样研究对清洗工艺的调查和设计与工艺生命周期设计阶段的测试相一致。要研究的关键参数可能包括不同的成分、工艺条件、表面材料、清洗剂、温度、时间、机械作用、水质和冲洗参数。清洁研究的总体目标是设计可重复的清洁程序并维护工艺设备。
图1. 阳离子聚乙二醇化 mRNA 脂质纳米颗粒的示意图。
表2. 脂质纳米颗粒成分、实例和在水中的溶解度。
本文探讨了使用实验室研究来推荐针对COVID-19 mRNA 疫苗的清洁工艺。它提供了一种技术，可以轻松设计针对其它LNP 和 NLC 递送载体的清洁工艺。文章还包括实验室研究结果以及清洁目前用于 COVID-19 mRNA 疫苗的 LNP 的案例研究。
材料和方法
为 LNP 开发清洁工艺是验证过程的第一步，以尽量减少或消除产品污染并确保产品的可重复性。在清洁研究期间，要考虑样品的性质、处理时间和温度、脏污停留时间(DHT)、水质、可用温度范围、清洁方法能力以及首选的清洁剂使用。使用具有2B 表面抛光处理的 304 不锈钢试样在实验室规模进行研究，以复制生产中使用的大型 316-L 不锈钢容器。最终产品或最终混合物的成分被涂在表面上，并在环境温度下风干 24-72 小时，具体取决于各个 DHT 要求（图 2）。在 DHT 结束时，将涂覆的试片放入准备好的清洁溶液中，在可用的最低温度下搅拌浸泡。一旦通过搅拌浸泡确定了清洁参数，使用喷洗、级联流或手动擦洗/擦拭，结合水冲洗，来测试相同的清洁参数。清洁参数通过目视清洁度、对清洁前和清洁后的不锈钢表面的重量检查以及无水膜破坏测试进行评估。
在审查生产过程时，当设计清洁程序时，应考虑并潜在评估各种基材的清洁和相容性。在一个示例中，测试了铂金硫化硅胶的基材兼容性（表III）。至少，此过程要求基材在指定的时间内以特定浓度暴露于推荐的清洁剂中。如果基材没有观察到显著变化，通常认为它是兼容的。
表2. 从左到右：（a）脂质混合物，（b）在乙醇/柠檬酸盐缓冲液中包封信使RNA（mRNA）的脂质纳米颗粒，（c）在10% 海藻糖中包封 mRNA 的脂质纳米颗粒，以及（d）清洁试样。所有残留物(a-c) 均应用于 304 不锈钢表面并在 50°C 下烘烤48 小时，以模拟工艺条件，脏污停留时间（DHT）调节为 30°C保持48小时。残留物对 304 不锈钢试样具有轻微的腐蚀性，并在表面形成一个小微坑。使用钝化的 316-L 不锈钢试样重复该过程，以模拟对生产设备的影响。可以使用预测模型研究清洁研究中工艺条件腐蚀性的早期预警信号，以定义预防性维护计划或证明使用配制的酸性清洁剂进行日常维护步骤是合理的。在清洁设计阶段早期进行的不锈钢维护研究可以大大减少计划外的维护事件和调查。
表3. 在 70 °C 下浸泡24 小时后，铂金硫化硅胶在注射用水 (WFI) 中与配制的碱性清洁剂的相容性比较。在整个测试中保持温度。
结果
根据工艺条件和 DHT，清洁建议范围为 1–5% v/v 配制的碱性清洁剂溶液，温度为45 °C–80 °C，每次搅拌清洁、喷洗清洁和级联流清洁的接触清洁时间为15–45 分钟。基于目视清洁、无水膜破坏和重量分析，这些测试条件是成功的，如表IV 所示。相比之下，1N 氢氧化钠 (NaOH) 溶液在60 °C 下清洗 60 分钟，不能有效地完全去除 LNP 残留物。
表4. 用于清洁脂质纳米颗粒 (LNP) 的脏污停留时间(DHT)和清洁参数。NaOH为氢氧化钠。
案例研究
mRNA 技术和基于LNP 的递送系统的进步使得 mRNA COVID-19 疫苗的开发速度前所未有，展示了 LNP-mRNA 制剂的临床潜力，并为对抗新冠病毒大流行提供了强大的工具。随着 mRNA 疫苗的开发，目标是开发最佳清洁参数，因此确保生产安全且可重复。
一家开发 mRNA 疫苗的大型制药公司将他们的新产品送到实验室进行测试。所有试样均在 35 °C 下涂覆和烘烤 2小时和 16 小时，以模拟生产 DHT 条件。清洁参数（时间、温度、作用和浓度）通过搅拌浸泡测试确定。用1% 体积比 (v/v) 的氢氧化钾配制清洁剂在 45 °C 下清洗15 分钟，即可清洗残留物。结果通过喷洗、级联流和手动清洁得到证实。然而，氢氧化钠不能达到可接受的结果。
在使用氢氧化钾配方的清洁剂进行清洁试验成功后，整个生产区域，包括灌装和包装线，都采用了相同的清洁方案。
总结
将亲水性或亲脂性药物的递送载体从基础脂质体升级为复杂的LNP 和 NLC，提高了这些药物的治疗效果、稳定性和毒理学特征。水不溶性脂质、不溶性电荷改性剂和亲水或亲脂活性成分对水或苛性碱（水中的氢氧化物）清洁过程造成了困难。使用易燃溶剂（如乙醇和异丙醇）可提高脂质的溶解度，但由于挥发性碳排放和易燃性，会导致储存、处理和处置危害风险。对使用小分子药物以及最近使用mRNA 疫苗的 LNP 递送载体的清洁过程的早期研究表明，配制的碱性清洁剂可以成功地将活性成分和 LNP 或 NLC 递送载体清洁到可接受的限度。
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原文：D. Hadziselimovic, Si Myra Tyson, and P. Lopolito, “Considerations for Cleaning Lipid Nanoparticles,” Pharmaceutical Technology 46 (6) (2022).
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