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法国高端纳米技术仪器冲向抗病毒疫苗研究的前线

阅读人数:1605 发布时间:2020/3/11 11:36:04

     自从2019年12月新型冠状病毒肆虐武汉以来,全国确诊病例已经超过8万人,数十名医生牺牲在抗疫前线。在全中国人民以壮士断腕的气魄,众志成城,以巨大的代价取得疫情控制的阶段性胜利的同时,病毒开始在全世界蔓延开来。研制新型抗病毒疫苗正在世界各地紧锣密鼓地进行。

     纳米制剂是一个复杂的系统,其物理化学性质决定了其治疗效果和安全性。疫苗属于纳米级别的颗粒,颗粒大小和形状对产生的免疫反应起着至关重要的作用。此外,抗原的完整性也是生产纳米疫苗时需要控制的一个关键方面。然而,缺乏成熟的物理化学性质的分析方法阻碍了新疗法进入市场,所有目前的测定工作仍然面临挑战。

    在这个关键时期,近一期的《Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis》杂志(1)发表了法国和西班牙的科学家共同开发的在GMP环境中生产基于艾滋病毒(HIV)纳米颗粒的新型疫苗的可靠方法。利用法国高端技术公司(Cordouan Technologies)动态光散射(DLS)纳米和zeta电位分析仪证实,对于接近180nm的多分散颗粒(< 0.2),DLS可用作中试生产工厂的质量控制技术(图1),并且采用非对称流场流分馏(AF4)等方法验证了这一结论。结果显示,颗粒在60至700nm之间呈单峰分布,其中大多数(> 90%)的粒度小于250nm,对照组和负载了抗原的纳米颗粒存在显着差异。抗原的存在导致较大颗粒的形成,减少了小颗粒的数量,并使形状从球形变为无规则螺旋结构。

 

    DLS和AF4技术的结合使用表明,所研究的聚合物纳米颗粒具有高度的均一性和批间可重复性。对于负载的纳米颗粒尺寸和粒度分布,批次间的偏差低于16%,多分散指数范围为0.1至0.2。因此,DLS被证明是控制纳米粒度的有价值的常规技术。

 

 
    众所周知,常规DLS技术分辨率并不高,而低分辨率会掩盖更复杂的粒径组成,并且可能导致误判。因此,尽管多分散性相对较低(<0.2),但基于高斯分布的累积量模型(Cumulants)并不完全适用。实验证明,无论是常规模型(General Purpose),还是多峰模型(Multimodal)或Contin算法,即使熟知的DLS纳米粒度分析仪也不能对30nm和100nm的NIST标准乳胶颗粒的混合样品给出正确的结果(图2),而Vasco(Vasco Kin)却能完全分辨开这两种标准乳胶颗粒,验证了Vasco软件专有的BSL算法和Pade-Laplace算法具有超高分辨能力(图3,图4)。

 

图2.   30nm+100nm的NIST标准物质混合样品
 - 黄色峰是欧洲岛国DLS纳米粒度仪三种计算模式的测定结果;
- 蓝色(Pade-Laplace)和绿色(SBL)是法国Vasco的两种计算结果。

 
 
 
图3.   Vasco 增强型纳米粒度分析仪(左)和Vasco Kin原位时间分辨纳米粒度分析仪(右)。
 
 
 
 4.   Vasco Kin动态监测样品粒度变化。在30秒的时间切片(下图)中,两种小于100nm的颗粒峰值分别为22.36nm59.03nm,峰-峰比小于1:3(右上图), 体现了极高的分辨能力。
 
      VASCO Kin是一款独特的功能齐全的时间分辨纳米粒度分析仪(图3),它充分利用了先进的单模光纤将DLS测量带入过程监控领域。 凭借其创新的探头,它可以非常简单地结合到现有的实验装置中,进行原位非接触远程测量,进行粒度变化的动力学测定,为用户提供的测量灵活性,以监控和改善工艺。它为制药行业的反应监测和药瓶中的蛋白质聚集体纳米阶段的生成监控,甚至与其它生化分析技术手段联用提供了技术基础(图5)。 
       注射用生物制药产品中蛋白质和活性成分(API)的聚集仍然是影响疫苗产品稳定性和可用性的主要问题。蛋白质聚集可以发生在蛋白质治疗药物生命周期的所有阶段,包括状态,复性,提纯,灭菌,运输,储存和交付过程。流感疫苗针剂(见图6-左下)是由多种不同成分混合而成的,包括培养基、去活化病毒和几种赋形剂。从塑料透明包装中取下疫苗注射器(图6左下),并将其放置在Vasco Kin探头前面6cm处的专用支架上(图6右上)即可透过玻璃针管进行粒度分布测量(图6右下),不需要取样。验证实验表明,即使不拆除塑料透明包装进行测试,结果与拆除包装后的也非常一致(2)。
 
 
6.   对流感注射疫苗中存在的蛋白质聚集体的非接触测量
 
 
 
图7.   原位测定分别储存在冰箱和储存在室温8个月的流感疫苗的粒度分布变化

 

      
     将流感疫苗分别储存在7℃的冰箱和室温下8个月,在相同的条件下,原位测定两个疫苗中的纳米颗粒,粒度分布结果如图7所示,二者产生了巨大差别。 
 

法国高端技术公司(Cordouan Technologies)利用他们擅长的激光/应用光学知识,创新性地开发的增强型DLS纳米粒度分析仪VascoTM系列用于复杂介质中纳米颗粒的粒度表征,其性能远优于目前市面上流行的动态光散射法纳米粒度仪。经过短短十几年的发展,Cordouan Technologies构建的表征纳米和纳米材料的创新解决方案已经成为N3世界(纳米颗粒、纳米材料、纳米技术)的参考标准,为新冠病毒疫苗的研发、工艺控制和终产品的检验和安全储存提供了有效的技术保证。

 
 
 
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