冻干技术正在成为mRNA领域的关键突破口！随着mRNA疫苗与 therapeutics 的快速发展，如何解决其常温不稳定性成为行业痛点。冻干技术通过将mRNA-LNP（脂质纳米颗粒）转化为固态，可显著提升产品稳定性，实现2-8°C长期保存，彻底改变超低温冷链依赖的现状。

疫苗可以说仍是mRNA赛道上目前主要的一大研发方向，而在此之外，逐渐成熟的mRNA技术也被应用于其他药物领域，包括细胞与基因治疗、抗体药物、蛋白替代疗法等，

具体如下：

mRNA技术核心离不开纳米颗粒

预防传染性疾病绝不是mRNA的全部使命，用mRNA技术攻克肿瘤才是各大巨头接下来的主战场。mRNA技术正在向各个领域渗透，带来新的变革。作为mRNA技术核心的药物递送系统绕不开纳米颗粒。

美国国家科学技术委员会(NSTC)早在2000年启动了国家纳米技术计划(NNI)，并为该领域提出了明确的计划和重大挑战，纳米颗粒(nanoparticles)占据了该计划的很大一部分。纳米颗粒可以提高被封装货物的稳定性和溶解度，促进跨膜运输，延长循环时间，从而提高安全性和有效性。由于这些原因，纳米颗粒的研究已经被广泛应用在癌症医学、免疫治疗和体内基因编辑中。

纳米颗粒递送mRNA用于蛋白质替代疗法、基因组编辑和mRNA疫苗（参考资料1）[1]

纳米颗粒极其多样化，从固体脂质结构到脂质体，甚至是包含金/二氧化硅颗粒的设计。纳米颗粒最近的作用之一是提供癌症治疗的药物。它们的复杂的结构通常是基于核壳的，药物被纳米颗粒包裹并运输到全身。这些药物可以直接指向身体的特定区域，降低毒性，提高药物的有效性。使用脂质纳米颗粒 (LNPs) 包裹SARS- CoV-2 mRNA，作为最近开发的几种COVID疫苗的基础。

大多数纳米颗粒配方都是在溶液中，尺寸分布不均。这些纳米悬浮液可能是不稳定的，并受到沉降、团聚、晶体生长或化学反应等问题的影响。冻干可以增加这些颗粒的稳定性，这也有利于在其中加入的药品的稳定性。

美国康涅狄格大学Xiuling Lu博士对此曾进行了一场网络研讨会专题演讲并描述了冷冻干燥纳米颗粒的挑战以及如何与Robin Bogner博士合作，她的团队设计并评估了冻干LNPs的解决方案。这份冻干技术报告总结了网络研讨会。

我们还在下文为大家推荐了几款国际大厂都在采用的进口冻干机设备，以供参考。

1

冻干的挑战

冷冻干燥过程中存在许多挑战，其中一些是由于冷冻过程中冰的形成，会导致颗粒聚集或纳米颗粒的结构损伤。所得到的饼形态在循环开发过程中对特定的玻璃化转变和塌陷温度(分别为Tg’和Tc)也很敏感。即使在冻干燥工艺优化后，也需要考虑重构时间，方便最终用户给药。

通过评估和优化这些参数以及使用冻干保护剂，可以改善每种纳米颗粒和药物的冻干条件。理想情况下，最佳的冻干产品将表现出优雅的饼状形态，不会坍塌，保持纳米颗粒的结构和药物包封，含有低水分 (<2%) 可以长期稳定，并在短时间内重构。

Lu博士研究了三种不同纳米颗粒的冷冻干燥条件：

· 固体脂质纳米颗粒(SLNs)

· 聚合物纳米颗粒(PNs)

· 脂质体(Lipos)

在研究配方和冷冻条件对纳米颗粒质量的影响以及最终产品的长期稳定性之前，用一系列冻干保护剂测定了三种纳米颗粒的Tg’和Tc。

这些实验采用带ControLyo® 技术的SP LyoStar3冷冻干燥机，使冰成核得到控制，所有小瓶同时冻冷成核。

2

配方的影响

比较了三种冻干保护剂对冻干纳米颗粒 (SLNs、PNs和Lipos) 的保存效果：

1. 蔗糖 (1：5和1：10)

2. 海藻糖 (1：5和1：10)

3. 甘露醇 (1：5和1：10)

添加任何一种保护剂都没有导致蛋糕形态的显著变化， 在任何小瓶中都没有产生合理的蛋糕。然而，有证据表明在一些小瓶中会收缩，特别是没有冻干保护剂的脂质体。

虽然冻干蛋糕的优雅性相似，但通过添加冻干保护剂，大大减少了重构时间。在PNs中，甘露醇 (1：5和1：10) 将这次时间从35分钟减少到5 min以下 (图1)

图1：添加冻干保护剂对重构时间的影响

我们还通过测量冷冻干燥前后的颗粒大小和均匀性 (多分散性指数，PDI) 来评估纳米颗粒的成功冻干。冻干保护剂能保持SLNs和Lipos的颗粒大小，其中蔗糖和海藻糖比甘露醇更有效。在PNs中，添加或不添加冻干保护剂对颗粒大小影响不大。PNs配方中存在的聚乙烯醇(PVA)可能提供一定的聚集保护。蔗糖和海藻糖是保持颗粒大小和改善粒径分布最有效的冻干保护剂。SLNs和Lipos需要冻干保护剂来维持尺寸分布，而PNs需要冻干保护剂来缩短重构时间。

3

冻结条件的影响

冷冻是冻干过程中的一个关键步骤。由于不受控制的冻结 ，可能会出现许多问题，如批次内冰晶大小的不均匀性， 以及由微小冰晶造成的更高的塌陷风险。

ControLyo® 是一种控制成核的技术，实现更高的成核温度，产生更大的晶体，从而加快初级干燥时间。

在本研究中，我们比较了不同冷冻条件对每种纳米颗粒的影响。

1. 无控制的冰成核：冷却速率为1℃/min至-40℃；

2. 快速冻结：将颗粒浸入液氮中，然后放入冷冻干燥机进行干燥；

3. 慢速冻结：使用ControLyo®在-4℃，冷却速度0.2℃/ min至-40℃；

4. 控制成核：使用ControLyo®在-4℃和-8℃控制冰成核，冷却速率为1℃/min至-40℃。

在快速冻结条件下，所有产品均出现极严重的裂纹，不含冻干保护剂的 Lipos均发生塌陷。不受控制的冰成核也产生了显著的蛋糕收缩。慢速冷冻是唯一一种能同时增加含冻干保护剂的SLNs 和 Lipos 的粒径和均匀性(PDI)的冷冻条件(图2)。然而，慢速冷冻并不会影响PNs的粒径或粒径分布，可能是由于PVA的存在，如前所述。

图2：冷冻条件的影响：结果—固体脂质纳米颗粒

冷冻条件也不影响所有纳米颗粒的重构时间和剩余水分含量，尽管添加有效的冷冻保护剂降低了所有纳米颗粒的这两个参数。

无菌洁净室的冰成核温度一般较低，因为控制的环境符合ISO 5或A级分类。

4

长期稳定性

比较了不同的储存条件，以确定纳米颗粒的长期稳定性。

1．液体配方在室温 (RT)

2．液体配方在4℃

3．未控制冰成核的冻干产品在室温(RT)

4．控制冰成核的冻干产品在室温(RT)

在室温（RT）下以液体形式储存SLNs，在10天内显著增大了100%的粒径(图3)，并迅速提高了PDI。在4℃的冰箱中储存SLNs稍微好一些，三个月时观察到颗粒大小增加了100%。通过冷冻干燥，该纳米颗粒的储存得到了显著改善。而当使用Controlyo控制成核方法时，3个月后颗粒尺寸没有变化。目前还没有Lipos的数据。

图3：不同冷冻干燥和储存条件下SLNs的平均粒径变化

相比之下，PNs的大小和均匀性不受任何存储条件的显著影响，因为它们在所有条件下都相对稳定。

5

总结

在-4℃或-8℃下控制冰成核的冷冻干燥纳米颗粒可以提供更好的饼形态而不塌陷，冻干保护剂能够保存颗粒大小，改善颗粒均匀性，并缩短重建时间。然而，这些条件在不同的纳米颗粒之间是不同的，所以单独优化每个产品是很重要的，而不是假设条件是可互换的。

由于冷冻干燥产品的主要原因是增加长期稳定性和解决冷链运输的难题，因此仔细评估每个纳米颗粒的冻干条件最终将有利于许多药物和疫苗产品的生产和储存能力。

6

冻干设备推荐

德祥资深合作伙伴之一的加拿大ATS集团旗下有一款冻干机——SP Hull LyoStar 4.0冻干设备的设计和制造旨在加快生物制药产品的上市速度，代表了冻干机工程的重大进步。LyoStar 4.0是一款中试规模的冻干机，基于全尺寸生产冷冻干燥机而设计，支持快速扩大规模，提供卓越的层板温度控制，快速层板降温，无与伦比的过程准确性和可靠性。它还包括一套尖端的过程分析技术(PAT)工具：Smart 全自动冻干艺开发与优化技术，Controlyo 晶核控制技术，TDLAS水蒸气实时检测技术等等，扩展了SP Line of Sight™ 技术，克服了在生物制品开发、扩大规模和制造过程中的关键冻干挑战。此外，LyoStar 4.0使用了一种更环保的冷冻气体，减少了冻干过程中的碳排放量。

莱奥德创冻干工场——提供开放式的冻干平台，助力生物医药企业加速研发与产业化进程！

✦

莱奥德创冻干工厂

技术优势

✦

核心优势

先进的冻干设备和软件(PATs)，领先的冻干理念与技术 (QbD，Line of Sight )

● SMART™ 自动化工艺摸索技术，为产品提供数据支持的初步工艺；

● ControLyo® 可控瞬时成核技术，对成核温度进行精确控制，确保产品均一性；

● LyoFlux® TDLAS技术，对蒸汽质量流量进行精确测量，精确判定冻干终点；

● Tempris® 无线温度传感器，提供产品温度实时监测与记录；

● Biopharma 冻干前后分析技术，对产品配方进行特征研究，避免冻干过程开发风险。

冻干工艺开发 

（点击查看大图）

冻干前后产品性能分析

（点击查看大图）

如果您对上述服务感兴趣，可随时联系德祥科技或莱奥德创，可拨打热线400-006-9696，或扫码填写表单咨询。

关于莱奥德创冻干工场

上海莱奥德创生物科技有限公司专注于提供先进的冻干设备应用和制剂开发相关服务，依托于合作伙伴加拿大ATS集团SP品牌和英国Biopharma Group等的紧密合作，致力于促进中国生物医药技术创新升级，助力中国大健康行业的持续发展。莱奥德创在上海及广州设有实验室，拥有专业的技术团队及国内外专家支持体系。

莱奥德创面向生物制药、食品科学等各个领域行业客户，提供冻干研发、放大、委托生产及培训等服务。

前期研发

● 产品配方特征研究:共晶点温度(Te)、塌陷温度(Tc)、玻璃态转化温度(Tg'、Tg)测定等；

● 实验室工艺开发：冻干工艺开发:冻干制剂配方开发，工艺确定，申报材料撰写；

● 冻干工艺优化：利用中试冻干机上独家PAT工具优化及缩短工艺；

● 冻干产品质量指标测试：水分含量，冻干饼韧度分析；

● 咨询服务：如产品外观问题、产品质量问题、其他troubleshooting等；

工艺放大/技术转移

● 冻干工艺转移/放大: 远程技术指导+现场服务；

● 小批量冻干生产(NON-GMP)，临床一期生产（GMP）；

其他业务

● 企业小团队线上线下培训服务：冻干原理，工艺开发，设备使用维护等；

● 冻干设备租赁服务。

400-006-9696

www.lyoinnovation.com

莱奥德创冻干工场

中国(上海)自由贸易试验区富特南路215号

自贸壹号生命科技产业园4号楼1单元1层1002室

德祥科技

德祥科技有限公司成立于1992年，总部位于中国香港特别行政区，分别在越南、广州、上海、北京设立分公司。主要服务于大中华区和亚太地区——在亚太地区有27个办事处和销售网点，5个维修中心和2个样机实验室。

30多年来，德祥一直深耕于科学仪器行业，主营产品有实验室分析仪器、工业检测仪器及过程控制设备，致力于为新老客户提供更完善的解决方案。公司业务包含仪器代理，维修售后，实验室咨询与规划，CRO冻干工艺开发服务以及自主产品研发、生产、销售、售后。与高校、科研院所、政府机构、检验机构及知名企业保持密切合作，服务客户覆盖制药、医疗、商业实验室、工业、环保、石化、食品饮料和电子等各个行业及领域。

2009至2021年间，德祥先后荣获了“最具影响力经销商”、“年度最佳代理商“、”年度最高销售奖“等殊荣。我们始终秉承诚信经营的理念，致力于成为优秀的科学仪器供应商，为此我们从未停止前进的脚步。

我们始终相信，每一天都在使这个世界变得更美好！