Bryte gamle vaner: Å Bevege seg bort fra vanlige buffere i legemidler

US Food, Drug and Cosmetic Act of 1938 krevde produsenter og farmasøytiske selskaper å være ansvarlige for sikkerheten til tilsetningsstoffer / hjelpestoffer i sine produkter som svar på en tragedie der 100 barn ble drept fra tilstedeværelsen av dietylenglykol i et antibakterielt produkt. FOR å bidra til å klargjøre hva som trengs for å etablere et nytt hjelpestoff, utgav FDA et veiledningsdokument i 2005 med tittelen ‘Ikke-Kliniske Studier for Sikkerhetsevaluering av Farmasøytiske Hjelpestoffer’, som beskriver sikkerhetsstudiene som trengs for å få et hjelpestoff godkjent1,2. Nyere artikler har kalt for behovet for flere alternative hjelpestoffer for bruk i formulations1, 3, 4. Formulatorer foretrekker generelt presedens hjelpestoffer på grunn av deres veletablerte sikkerhetsprofil, samt risikoen og kostnadene forbundet med godkjenning av et nytt hjelpestoff3. Ved kvalifisering av et nytt hjelpestoff må det utføres sikkerhetsstudier, og ved en bivirkning foreligger det tvil om bivirkningen skyldtes hjelpestoffet eller produktet. Når du bruker et hjelpestoff, mens tidligere erfaring med en injeksjonsvei er verdifull i begrunnelsen for bruken, er det verdt å merke seg at i henhold til gjeldende forskrifter kan endring av administrasjonsruten eller økning av konsentrasjonen utover den nåværende høyeste dosen kreve ytterligere sikkerhetsdata1,2. Behovet for nye hjelpestoffer er godt anerkjent, men å utvide vår kunnskap i bruk av mindre brukte hjelpestoffer er like viktig, samtidig som det gir en enklere regulatorisk vei fremover.

Å Bestemme riktig pH og buffersystem er uten tvil det mest kritiske trinnet i å formulere et protein for å sikre dets oppløselighet og stabilitet (kjemisk og fysisk)3,5-7. Artikkelen vil fokusere på stabilisering av biotherapeutics. Buffere funnet i både små molekyler og protein parenterale formuleringer godkjent AV FDA vil bli referert som begrunnelse for å utforske stabiliserende effekter av disse bufferne på proteiner. Tabell 1 viser antall unike formuleringer funnet å søke på etikettene til produkter godkjent AV FDA. Identiske formuleringer som følge av formuleringen av generiske produkter eller forskjellige dosestyrker ble ekskludert. Når saltformen til bufferen er referert til, bør bufferen antas å titreres med natriumhydroksid eller saltsyre, da disse er de vanligste titrantene.

de vanligste buffere funnet å bli brukt i parenterale formuleringer har vært citrat, fosfat og acetat. Noen av styrkene og svakhetene forbundet med disse hjelpestoffene vil bli fremhevet. Målet med dette papiret er å trekke oppmerksomhet til andre godkjente, men mindre vanlige, bufferingsmidler som krever mer omfattende bruk for å bli allment akseptert. Selv om denne artikkelen utelukkende vil fokusere på buffere, strekker det samme argumentet til andre typer hjelpestoffer. Etter hvert som bioteknologi utvikler seg som en industri og flere unike proteinstillaser utvikles, blir det stadig viktigere å finne nye måter å stabilisere disse proteinene på. Noen ganger vil de vanligste hjelpestoffene ikke være tilstrekkelig til å gi tilstrekkelig stabilitet eller muliggjøre legemiddelleveringsteknologier.

Vanlige buffere

Natriumfosfat

Natriumfosfat (pKa 2,1, 7,2 og 12,3) er den mest brukte bufferen som finnes i parenterale formuleringer (Tabell 1). Den mest bemerkelsesverdige begrensningen ved bruk av fosfat som buffer er effekten av frysing på endringer i pH. skiftet i pH under frysing har blitt studert grundig. PH-skiftet tilskrives selektiv krystallisering av dibasisk salt. Krystallisering kan påvirkes av frysehastigheten, start pH og tilstedeværelsen av andre cosolutter. Et skifte i pH på omtrent to enheter er ganske typisk under frysing, men skift i pH opp til 3,6 enheter er rapportert8-10. Det endrede pH-miljøet har potensial til å destabilisere protein under behandling av bulkmedikamentsubstans eller lyofilisering av legemiddelløsninger11-17. Dette gjelder mest under forhold der høye fosfatkonsentrasjoner brukes eller andre krystalliserende hjelpestoffer er tilstede, da disse forholdene bidrar til å indusere fosfatkrystallisering. Oppløsninger som inneholder høye konsentrasjoner av protein eller ikke-krystalliserbare oppløsninger (f. eks. sukrose) vil hemme fosfatkrystallisering og minimere ph-skift.

Sitronsyre

Sitronsyre er en av de mest brukte bufferne (Tabell 1). Det er en trivalent buffer som inneholder tre karboksylsyrer med pKa på 3,1, 4,8 og 6,4 (Tabell 2) som gir et bredt bufferområde 5. IFØLGE FDAS Inaktive Ingrediensdatabase finnes citrat i over 100 godkjente, injiserbare produkter, noe som gir den en stor brukshistorie og viser sin sikkerhet.

studier som sammenligner subkutane injeksjoner av citratbufrede formuleringer mot com-lignelsesformuleringer bufret med fosfat eller histidin, har imidlertid vist at citratbufrede oppløsninger induserte mer smerte ved subkutan injeksjon18-20. Selv om denne smerten var relativt kort i varighet (mindre enn to minutter), reiser det bekymringer for pasientens overholdelse av selvadministrerende injeksjoner som inneholder citrat18. Ved formulering med sitronsyre bør målproduktprofilen og den tilsiktede administrasjonsveien noteres. Når hyppige subkutane injeksjoner er ment, kan et annet buffermiddel være mer hensiktsmessig.

Eddiksyre

Eddiksyre har en Pka på ca 4,8, og tilbyr et bufferområde på 3,7-5,6 (Tabell 2). Bruken av eddiksyre er ideell for formulering av proteiner som er stabile i flytende tilstand under sure forhold. Lyofiliseringen av eddiksyreoppløsninger ledsages av en økning i pH på grunn av sublimering av bufferens flyktige syreform, og etterlater basissaltet. Dette er potensielt destabiliserende for proteinet og gjør kontroll av pH i lyofiliserte legemidler vanskelig.

Ytterligere godkjente buffere

Trometamin

Trometamin (Tris) (pKa 8.1) har lignende egenskaper som fosfat (pKa 7.2) og kan brukes som erstatning nær nøytrale pH-forhold. Begge buffere viser en pH-endring under frysing. Under identiske forhold var pH-skiftet for trometamin (+2,1) omtrent lik fosfat ( 1,8), men i motsatt retning (Tabell 2)8.

Å Velge en buffer over en annen vil da trolig være avhengig av følsomheten til det enkelte protein til retningen av pH-skiftet og eventuelle spesifikke proteinbufferinteraksjoner. Trometamin og histidin har vist seg å være bedre stabilisatorer enn fosfat når erytropoietin ble utsatt for høy temperaturspenning, og forhindret aggregering ved å bidra til reversibiliteten av utfolding21. Ure2p ble vist å være mer stabil mot fibrildannelse når formulert i trometamin versus fosfat22.

Histidin

Histidin, en essensiell aminosyre, blir stadig mer vanlig i formuleringer av proteinterapi. Å ha en pKa på 6,1, er den ideell for proteinformuleringene nær nøytrale forhold (Tabell 2).

Histidin er vist å beskytte et monoklonalt antistoff i både flytende og lyofilisert tilstand mot varmestress23-25. Studier som undersøkte stabiliteten til interferon-tau viste at formuleringer som inneholdt histidin (etterfulgt Av Tris deretter fosfat) var mest stabile mot varmeindusert aggregering. Denne stabiliseringen ble tilskrevet direkte binding av histidin til protein26. Under lyofilisering har histidin og asparaginsyre vist seg å beskytte antistoffer ved å fungere som en hydrogenbindingsdonor for å bevare intramolekylære β-sheets24-25. I tillegg har histidin vist seg å ha egenskapene til en antioksidant på grunn av sin evne til å binde jernioner og singlet oxygen24,27. Ulempen med å bruke histidin er at histidinløsninger har blitt observert å endre farge under akselererte temperaturer og sur pH samt ekstrakt jern fra rustfritt stål24.

Glukonsyre, melkesyre og vinsyre

Glukonsyre, melkesyre og vinsyre er hjelpestoffer som nesten utelukkende er brukt i små molekylformuleringer. Kalsiumglukonat har blitt lisensiert for behandling av hydrogenfluoridforbrenninger gjennom en lokal applikasjon. I mer alvorlige tilfeller har en infusjon av en fire prosent kalsiumglukonatoppløsning i saltvann blitt brukt til forebygging av vevsskade28. Av de 23 kommersielt tilgjengelige injiserbare formuleringene som inneholder melkesyre som finnes I FDA Inaktive Ingrediensdatabasen, brukes fire formuleringer til biologiske – to peptider og to proteiner. Av de 12 formuleringene som inneholder vinsyre, har bare en blitt brukt til å formulere et protein. Disse bufferne kan være egnede erstatninger for acetat og citrat.

Glukonsyre er en forbindelse som naturlig dannes fra glukoseoksidasjon. Det er en interessant forbindelse da den har potensial til å fungere som en buffer, stabilisator og chelateringsmiddel på grunn av at den har en struktur som inneholder karboksylsyrer og hydroksylgrupper.

Tartarat er vist å forbedre retensjonen av monomer over citrat i en antistoffformulering ved pH 4,0-4,5 ved oppbevaring som væske ved 25°C29. Det har vært hypoteser om at hydroksylgruppene i tartarat, citrat, malat og i forlengelsen laktat og glukonat kan tilføre stabiliserende hydrogenbindinger i den amorfe fasen av en lyofilisert kake30-31.

Asparaginsyre og glutaminsyre

både asparaginsyre og glutaminsyre finnes i infusjoner gitt til spedbarn og pediatriske pasienter med utilstrekkelig plasmakonsentrasjon av aminosyrer. I TrophAmine® er aspartat og glutamat infundert i konsentrasjoner på 22 mM og 34 mM, respektivt32. Disse konsentrasjonene er tilstrekkelig høye nok til å gi tilstrekkelig buffering av proteinformuleringer.

Glutaminsyre når formulert med like mengder arginin har vist seg å forbedre stabiliteten og oppløseligheten av intracellulære proteiner23, 33 samt forhindre aggregering under rekonstituering23,34-35. Studier på insulin og humant serumalbumin indikerer at tilsetningen av glutamat og aspartat var i stand til å hemme dannelsen av aggregater36-38. Studier med pegfilgrastim indikerte at stabiliteten til pegfilgrastim formulert i glutamat eller formiat var sammenlignbar med acetat39.

mellomprodukter I Sitronsyresyklusen

Citrat, fumarat, α-ketoglutarat, malat og succinat er alle mellomprodukter i sitronsyresyklusen som er funnet å være sikre og effektive som buffere eller motioner i injiserbare formuleringer. Fumarat, α-ketoglutarat, malat og succinat har blitt brukt i et begrenset antall produkter (Tabell 1). Det står til grunn at De andre mellomprodukter I Krebs syklusen også kan være egnet for bruk i parenteraler. Disse forbindelsene inkluderer akonitat, isocitrat og oksaloacetat. Å være divalente og trivalente karboksylsyrer, har de pKa fra 2,0 til 6,4, noe som gjør disse forbindelsene egnet for et bredt spekter av formuleringer (Tabell 2).

på grunn av begrenset bruk av disse forbindelsene som buffere, er det uklart om den samme smerten ved injeksjon forbundet med subkutane injeksjoner av citrat ville være forbundet med disse forbindelsene. Det er imidlertid andre fordeler forbundet med bruken av dem. Citrat er vist å indusere gelering av antistoffløsninger når proteinkonsentrasjonen var over 100 mg / mL. Dette ble tilskrevet bufferens trivalente natur. Succinat, som bare har to karboksylsyrer, ble ikke funnet å ha samme effekt ved samme pH40.

Konklusjon

Å Bestemme riktig pH og buffersystem er avgjørende for å bringe biotherapeutics inn i klinikken og til markedet. Behovet for nye hjelpestoffer samt en bedre forståelse av eksisterende hjelpestoffer er svært ønskelig. Histidin, trometamin og en rekke andre alternative buffere gir fordeler over konvensjonelt brukte hjelpestoffer. Bruken av disse alternative bufferne kan ikke gjøre noe annet enn å bidra til å øke verktøyene formulatorer har og kan muliggjøre utvikling av en terapeutisk som ellers kan ha mislyktes. For å stabilisere det store antallet proteinterapi i utvikling, bør alle tilnærminger være åpne for vurdering.

1. Osterberg, R. E., Demerlis, C. C., Hobson, D. W., Mcgovern, T. J. (2011) Trender i Hjelpestoffsikkerhetsevaluering. Int. J. Tox. 30, 600-610

2. FDA (2005) Veiledning For Industri: Ikke-Kliniske Studier for Sikkerhetsevaluering av Farmasøytiske Hjelpestoffer

5. Stoll, V. S., Blanchard, J. S. (1990) Buffere: Prinsipper og Praksis. Metoder I Enzymologi. 182, 24-38

6. Trevino, Sr, Scholtz, Jm, Pace, Cn (2008) Måling og Økende Proteinoppløselighet. J. Pharm. Sci. 97, 4155-4166

7. Wang, W., Nema, S., Teagarden, D. (2010) Proteinaggregasjon-Veier og Påvirkningsfaktorer. Int. J. Farmasi. 390, 89–99

8. Johnson, D. (1977) Changes in Apparent pH on Freezing Aqueous Buffer Solutions and their Relevance to Biochemical Electron-Paramagnetic-Resonance Spectroscopy. Biochem. J. 167, 593-600.

27. Wade, A. M., Tucker, H.N. (1998) Antioxidant Characteristics of L-Histidine. J. Nutr. Biochem. 9, 308-315

32. B. Braun Medical Inc. TROPHAMINE – isoleucine, leucine, lysine acetate, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, valine, cysteine hydrochloride, histidine, tyrosine, n-acetyl-tyrosine, alanine, arginine, proline, serine, glycine, aspartic acid, glutamic acid and taurine solution

34. Zhang M.Z., Wen J., Arakawa T., Prestrelski S.J. (1995) A New Strategy for Enhancing the Stability of Lyophilized Protein: The Effect of the Reconstitution Medium on Keratinocyte Growth Factor. Pharmacol. Res. 12, 1447–1452

36. Quinn, R., Andrade, J. D. (1983) Redusere Aggregering Av Nøytrale Insulinløsninger. J. Pharm. Sci. 72, 1472-1473

39. Piedmonte, D. M., Treuheit, M. J. (2008) Formulering Av Neulasta (pegfilgrastim). Adv. Drug Delivery Anmeldelser. 60, 50–58

41. Sundaramurthi, P., Suryanarayanan, R., (2011) Forutsi Krystallisering Tilbøyelighet Til Karboksylsyrebuffere I Frosne Systemer-Relevans For Frysetørking. J. Pharm. Sci. 100, 1288–1293

42. Sundaramurthi, P., Suryanarayanan, R., (2011) Termofysiske Egenskaper Av Karboksyl-Og Aminosyrebuffere ved Lavere Temperaturer: Relevans For Frossen Tilstand Stabilisering. J. Phys. Chem. B. 115, 7154-7164

om forfatteren

David Sek fikk SIN BS I Kjemi Fra Bates College og HANS MS I Kjemi og Kjemisk Biologi Fra Northeastern University. Han har 10 års erfaring som formuleringsforsker og har brukt de siste åtte årene på Å studere stabiliteten til ny biotherapeutikk Hos Pfizer.