Development of stable mAb formulations for fast and reliable on-site reconstitution

Abstract

One of the biggest challenges with biopharmaceuticals is their limited stability. Their structural complexity often necessitates injection as the primary route of administration, requiring the drug to be in solution form. One strategy to enhance stability is to store the biologic in a solid state and then reconstitute it before administration. Currently, lyophilization is the most commonly used method for drying biologics; however, spray drying presents a promising alternative due to its improved time and energy efficiency. Nevertheless, proteins are highly susceptible to denaturation at high temperatures which has raised concerns about the use of spray drying.In this study it was attempted to formulate stabilizing solutions that would allow the mAb to undergo spray drying without altering its secondary structure. The resulting powder should then be capable of rapid redissolution within minutes. Numerous excipients were evaluated, including trehalose, mannitol and ammonium bicarbonate, regarding their effects on stabilization and dissolution rate. Changes to secondary structure were assessed using CD- and FTIR spectroscopy, while dissolution rate was measured via dissolution testing. Additionally, stress testing experiments were conducted to assess the thermal stability of both the mAb solution and the spray dried powder.These experiments demonstrated a significant enhancement in the stability of the mAb in solid state compared to solution form at various temperatures. Another significant finding was the varied effects of sugars and polyols on both the thermal stability and dissolution rate of the mAb, with trehalose exhibiting the most promising outcomes in both regards. Ammonium bicarbonate successfully increased the number of pores in the spray-dried particles and enhanced the dissolution rate. However, there were indications of a potential increase in protein denaturation when using ammonium bicarbonate in an aqueous solution.

Eitt helsta vandamál líftæknilyfja er lítill stöðugleiki. Líftæknilyf hafa flókna byggingu og því er algengast að gefa þau sem sprautulyf. Þetta þýðir að þau þurfa að vera í lausn. Til þess að bæta stöðugleika lyfjanna er hægt að geyma þau á föstu formi og leysa þau síðan upp stuttu fyrir notkun. Í dag er frostþurrkun mest notaða aðferðin til þess að þurrka líftæknilyf en einnig er hægt að nota úðaþurrkun. Úðaþurrkun er spennandi möguleiki enda fljótlegri og orkunýtnari en frostþurrkun. Aftur á móti eru prótein verulega viðkvæm fyrir háum hita sem er nauðsynlegur hluti af þurrkunarferlinu. Markmið rannsóknarinnar var að úðaþurrka lausn sem inniheldur einstofna mótefni, án þess að valda breytingum á annars stigs byggingu. Duftið átti síðan að leysast upp hratt og örugglega til að tryggja þægilega og einfalda notkun. Síðan voru áhrif hjálparefna líkt og trehalósa, mannitóls og ammoníum bíkarbónat rannsökuð með tilliti til stöðugleika og hraða upplausnar. Mögulegar breytingar á annars stigs byggingu próteinsins voru mældar með CD- og FTIR litrófsgreiningu. Mælingar á leysnihraða voru mældar með sérstöku leysnihraðaprófi. Frekari mælingar á hitaþoli próteinsins voru framkvæmdar bæði á próteini í lausn og duft formi. Niðurstöður sýndu fram á aukinn stöðugleika á úðaþurrkuðu dufti í mismunandi hitastigum. Mismunandi sykrur höfðu ólík áhrif á stöðugleika og leysnihraða próteinsins. Trehalósi kom best út með tilliti til beggja þátta. Ammoníum bíkarbónat jók leysnihraða með því að auka magn úðaþurrkaðra agna með götóttri byggingu. Aftur á móti sáust merki um mögulegar breytingar á annars stigs byggingu próteinsins þegar ammoníum bíkabónat var sett í prótein lausn og hún hituð.