突破肽类高浓度制剂瓶颈

声共振技术实现稳定纳米悬浮

文献来源：Hu, C. et al. (2024). A New Approach for Preparing Stable High-Concentration Peptide Nanoparticle Formulations. Pharmaceuticals, 17(1), 15.

在生物医药领域，肽类药物因其高特异性、低毒性等优势，逐渐成为介于小分子药物和大分子蛋白之间的重要治疗选择。然而，肽类药物的开发始终面临一系列挑战：半衰期短、透膜能力差、化学与物理稳定性低，尤其是在高浓度条件下易出现聚集、沉淀、黏度激增等问题，极大限制了其皮下给药的应用前景。

Genentech 公司研究团队在《Pharmaceuticals》期刊上发表了一项突破性研究，提出了一种基于声共振混合的新方法，成功制备出高浓度、低黏度、高稳定性的肽纳米颗粒悬浮液，为肽类药物的皮下制剂开发提供了全新思路。

 研究背景： 高浓度肽制剂为何难以实现？

皮下给药具有患者可自行注射、提高依从性、降低医疗成本等明显优势，但注射体积通常不超过1.5 mL，这意味着若需传递足够剂量的肽类药物，其浓度往往需高于100 mg/mL。

↓↓↓ 在此高浓度下，肽类药物易出现：

1.溶解度不足

2.黏度过高

3.物理不稳定性增强，易发生聚集、凝胶化

4.化学降解风险增加

传统溶液制剂在如此高的浓度下难以保持稳定，而非水溶剂（如乙醇、Cremophor EL 等）又可能引起肽结构破坏，且生物相容性差。因此，开发一种能在水相中稳定存在的高浓度肽制剂方法迫在眉睫。

 核心创新： 低剪切声共振混合技术

研究团队创新性地采用声共振混合技术，通过低频（58–62 Hz）声波共振实现温和、高效的纳米颗粒制备。

↓↓↓ 与传统高剪切研磨、高压均质或超声波处理相比，该方法具有显著优势：

低剪切力：避免对敏感肽结构的机械损伤

高效均匀：能量传递集中，混合与研磨同步进行

无需大量有机溶剂：完全在水相中完成

适用性广：适用于不同分子量与结构的肽类

图1 - 三种模型肽的化学结构示意图
图例注释：本研究所选的三种具有代表性的肽分子结构：(a) 胰岛素（5.8 kDa，线性多肽激素）；(b) GNE-A（3.4 kDa，含三对二硫键的胱氨酸结肽）；(c) 环孢素A（1.2 kDa，疏水大环肽）。它们涵盖了不同的分子大小、折叠方式和理化性质，用于验证技术的普适性。

 实验验证： 三种代表性肽的成功案例

↓↓↓ 研究团队选取了三种结构各异的肽进行验证：

1. 胰岛素（5.8 kDa）

首先通过高通量筛选确定最佳稳定剂组合：

表1 - 胰岛素单体在100 mg/mL浓度下的纳米研磨筛选结果
表格内容注释：本表展示了胰岛素单体在不同稳定剂组合下的初步纳米研磨效果。关键发现：25% HPC-SL 联合 1% SDS 以及 25% PVP K29-32 联合 1% SDS 两种组合能产生最小的平均粒径（~112-130 nm）和相对较低的粒径分布（Pd ~23-28%），被选中进行放大研究。

在确定最佳配方后，进行放大制备并验证其关键质量属性：

表2 - 放大制备的胰岛素纳米悬浮液在100 mg/mL浓度下的粒径结果
表格内容注释：放大批次的数据证实了筛选结果的可重现性。两种优选配方的平均粒径在放大后保持稳定（HPC-SL/SDS: 135 nm；PVP/SDS: 121 nm），表明该工艺具有良好的放大潜力。

成功制备出粒径约110–130 nm 的纳米颗粒，在PVP K29-32/SDS 稳定剂体系下，即使于37°C 存储28天，仍保持优异的物理与化学稳定性，无聚集或降解。

图2 - 胰岛素纳米悬浮液在不同条件下储存28天的平均粒径变化图
图例注释：采用动态光散射（DLS）监测胰岛素纳米悬浮液的物理稳定性。如图所示，使用PVP/SDS稳定剂的配方（左），在4°C、室温（RT）和37°C下储存28天，粒径均保持稳定（约120 nm）。而HPC/SDS配方（右）在37°C下出现显著聚集。这证明了稳定剂筛选对长期稳定性的关键作用

2. GNE-A（3.4 kDa，含三对二硫键）

对GNE-A同样进行了系统的配方筛选：

表3 - 胱氨酸结肽GNE-A在100 mg/mL浓度下的纳米研磨筛选结果
表格内容注释：与胰岛素不同，GNE-A在多种稳定剂体系下均能形成纳米颗粒。基于对注射给药的适用性考量，25% Pluronic F127 和 25% Tween 80 两种生物相容性良好的稳定剂配方被选中进入放大阶段。

表4 - 放大制备的GNE-A纳米悬浮液在100 mg/mL浓度下的粒径结果
表格内容注释：放大制备成功，两种配方的粒径均控制在140 nm以下（Pluronic F127: 137 nm；Tween 80: 104 nm），且粒径分布较窄，表明工艺稳健。

在Pluronic F127 稳定剂下，纳米悬浮液在100 mg/mL 浓度下保持稳定，显著优于同浓度溶液制剂（易发生聚集）。

图8 - GNE-A纳米悬浮液与溶液制剂在37°C下储存4周的稳定性对比图
图例注释：通过尺寸排阻色谱（SEC）定量分析单体含量。红色曲线代表100 mg/mL的GNE-A溶液制剂，在37°C下4周内单体迅速损失。蓝色曲线代表相同浓度的Pluronic F127稳定纳米悬浮液，单体含量在28天内保持接近100%。此对比直接证明纳米悬浮策略能有效抑制肽分子的聚集。

3. 环孢素A（1.2 kDa，疏水性极强）

环孢素A由于其强疏水性，对配方要求更高。初步筛选结果如下：

表5 - 大环肽环孢素A在100 mg/mL浓度下的纳米研磨筛选结果
表格内容注释：对于疏水的环孢素A，稳定剂的选择更为关键。只有25% HPC-SL 联合 1% SDS 和 25% Tween 80 能形成相对稳定的纳米颗粒。其他组合如PVP/SDS和Pluronic F127则产生多峰分布或过大颗粒，表明润湿和稳定是主要挑战。

表6 - 放大制备的环孢素A纳米悬浮液在100 mg/mL浓度下的粒径结果
表格内容注释：放大后，两种配方的粒径略有增大（HPC-SL/SDS: 400 nm；Tween 80: 316 nm），提示需要进一步优化工艺或配方以提高效率和稳定性。

通过优化SDS 用量，成功制备出粒径<200 nm 的纳米悬浮液。

图9 - 环孢素A纳米悬浮液的透射电镜（TEM）图像
图例注释：TEM图像直观展示了环孢素A纳米颗粒的形貌和大小。图中显示颗粒呈类球形，粒径大多小于200 nm，与动态光散射的测量结果一致，证实了成功制备出纳米级颗粒。

其黏度显著低于现有商品化脂质体制剂（Sandimmune®），且在大鼠皮下注射后呈现持续释放行为，具备良好的药代动力学特性。

表8 - 环孢素A纳米悬浮液与Sandimmune®溶液在不同浓度下的粘度对比
表格内容注释：粘度数据定量支撑了制剂的易注射性。在25 mg/mL浓度下，纳米悬浮液粘度仅为0.86 Pa·s，而Sandimmune®商业制剂粘度高达297 Pa·s，相差超过300倍。即使纳米悬浮液浓度升至100 mg/mL，其粘度（2.1 Pa·s）仍远低于商业制剂在低浓度下的粘度，优势显著。

图15 - 环孢素A纳米悬浮液与Sandimmune®商业制剂的注射力对比
图例注释：注射力测试直观展示制剂的可注射性差异。蓝色曲线为环孢素A纳米悬浮液，最大注射力仅为4.33 N。红色曲线为商品化Sandimmune®脂质体溶液，最大注射力高达26.97 N，注射难度极大。低粘度纳米悬浮液极大改善了患者体验和给药便利性。

 关键对比： 与传统高能研磨方法的优劣

为突显声共振混合的优势，研究团队将相同肽与稳定剂组合置于高强度超声探头下处理。结果对比鲜明：

表10 - 使用超声法制备的肽纳米悬浮液行为观察
表格内容注释：本表记录了三种肽在不同超声时间下的表现。关键观察：CsA和GNE-A的悬浮液在超声后迅速沉降，而胰岛素配方虽能保持均质，但无法获得稳定纳米颗粒。这表明高剪切超声不适用于制备稳定的肽纳米悬浮液。

图18 - 超声处理后肽纳米悬浮液的沉降行为照片对比
图例注释：照片清晰展示了传统超声方法的局限性。上图为超声处理后的初始样品，下图为静置3天后的样品。可以明显看到，CsA和GNE-A样品发生了严重的颗粒沉降，上清液变澄清，证明其物理不稳定性。而共振声学混合技术制备的样品则能长期保持均匀悬浮。

对比结果明确显示，传统高能方法无法胜任肽类纳米制剂的制备，而低剪切声共振技术是成功关键。

  技术优势  与潜在价值

高载药量：纳米悬浮液中药占比可超过75%

低黏度：即使浓度>100 mg/mL，仍保持低黏度，便于注射

良好稳定性：在常温或冷藏条件下长期稳定

生物相容性高：无需大量脂质或表面活性剂

工艺可扩展：适合从筛选到规模化生产的转化

 结论  与展望

该研究首次系统证明，声共振混合技术可作为一种通用、温和、高效的方法，用于制备高浓度肽纳米悬浮液。这不仅为解决肽类药物皮下制剂的开发难题提供了切实可行的技术路径，也为未来肽类、蛋白类乃至其他生物大分子药物的递送系统设计带来了新的启示。

随着制剂技术的不断进步，患者有望在未来通过更便捷、更安全的皮下自我给药方式，接受高效、稳定的肽类药物治疗，从而提高生活质量并减轻医疗系统负担。