抗體藥物是典型的生物大分子藥物之一，這類藥物能特異性地識別并結(jié)合疾病相關的靶點分子，通過阻斷信號通路、介導免疫殺傷或靶向遞送細胞毒性藥物等機制發(fā)揮作用。

蛋白質(zhì)是抗體藥物的主要組成部分，較高的溫度會使蛋白變性失活，導致抗體藥物失效，因此熱穩(wěn)定性評估是抗體藥物研究的一項關鍵指標。

抗體藥物分子具有獨特的Y型結(jié)構(gòu)（圖1），其在升溫過程中也會出現(xiàn)特有的失活過程。

圖1 抗體分子的結(jié)構(gòu)示意圖

以最為常見的IgG類抗體為例，隨著溫度的升高，抗體藥物會依次在CH2結(jié)構(gòu)域、Fab段和CH3結(jié)構(gòu)域發(fā)生變性失活，從而引發(fā)藥物失效。

蛋白的變性失活，本質(zhì)上是分子內(nèi)部原有的特定構(gòu)象發(fā)生改變，從而導致其性質(zhì)和功能發(fā)生部分或全部喪失的過程。

蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化是一個微弱的吸熱過程，因此可以使用高靈敏度的差示掃描量熱儀（DSC）來快速測試抗體藥物的熱穩(wěn)定性和失效過程。

梅特勒托利多新一代差示掃描量熱儀DSC 5+，其通過先進的傳感器技術(shù)實現(xiàn)了傳統(tǒng)熱流模式與功率補償模式的集成，同時結(jié)合創(chuàng)新MultiStar™技術(shù)將傳感器熱電偶對數(shù)提升至136對，極大提升了測試靈敏度和分辨率，為抗體藥物領域的研究提供了更優(yōu)質(zhì)的解決方案。

圖2 梅特勒托利多DSC 5+

測試樣品為兩種不同濃度的抗體藥物稀溶液。由于濃度很低，采用特制100μL的液體鋁坩堝制備樣品，并在參比坩堝加入等量的去離子水或者緩沖液以抵消樣品側(cè)與參比側(cè)過大的比熱差異。從圖中可以看出，兩組樣品在升溫過程中出現(xiàn)了典型的不同結(jié)構(gòu)域多步失效吸熱過程，兩種不同濃度體系下抗體藥物的熱穩(wěn)定性基本一致?？贵w藥物的蛋白含量往往不高，蛋白變性吸熱極其微弱，因此對DSC傳感器的靈敏度要求極高。

圖3 低濃度抗體藥物的熱穩(wěn)定性測試

圖4分別為單抗和雙抗溶液的DSC測試曲線，所呈現(xiàn)的吸熱峰峰值溫度即為蛋白變性溫度，分別約為84℃和93℃。同時可以看到相較單抗，雙抗的構(gòu)象結(jié)構(gòu)更為復雜，其發(fā)生蛋白變性時產(chǎn)生的熱效應也更豐富，不同的吸熱峰代表了不同的蛋白結(jié)構(gòu)的構(gòu)象變化過程。

圖4 單抗、雙抗的變性溫度

抗體藥物的凍干制劑制備過程中，通常需要引入真空冷凍干燥（凍干）技術(shù)來解決生化藥物和生物制劑在化學、物理、生物上的不穩(wěn)定性問題。在凍干工藝開發(fā)中，確定關鍵臨界配方溫度對生物制劑的預凍和一次升華干燥的溫度設定至關重要，包括晶體體系的共晶點、非晶體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg'和凍干成品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。差示掃描量熱儀（DSC）可快速提供以上關鍵臨界配方溫度，優(yōu)化凍干工藝條件。

圖5是抗體藥物通過DSC獲取關鍵臨界配方溫度。體系包含多種輔料，既有結(jié)晶組分又有無定形組分。如圖所示，降溫曲線表現(xiàn)出水的過冷結(jié)晶形成冰晶，升溫曲線顯示冰晶的融化吸熱峰，且在局部放大圖上可觀察到無定形玻璃體結(jié)構(gòu)的Tg'（-30℃），從而為凍干工藝開發(fā)和優(yōu)化提供理論數(shù)據(jù)指導。

圖5 抗體藥物的凍干工藝參數(shù)優(yōu)化