随着 mRNA 新冠疫苗的巨大成功,越来越多的科研人员正在致力于 mRNA 的研究,为了将mRNA 稳定高效的递送到细胞内发挥其作用,大多数研究是将 mRNA 封装在脂质纳米颗粒(LNP)中,为此,急需一款实验室规模的系统来进行 mRNA 等核酸药物的研发及临床研究。为了满足这一需求,zui近 KNAUER 推出了一款专用于研发及临床研究的设备——IJM NanoScaler
KNAUER IJM NanoScaler – 用于 LNP 配方的研究和开发
传统疗法一般是在实验室或工厂中生产原料药(有效成分),通过有效成分进行疾病治疗。而 mRNA 等核酸药物则垫付了这个概念。mRNA 等核酸药物能够指导人体内的核糖体合成具有治疗作用的蛋白质, 从本质上讲,mRNA 疫苗将人体细胞变成了生产工厂。所需药物(蛋白质)的“配方”通过 mRNA 进行传递,由细胞的核糖体翻译成蛋白质。
“这是一种的、令人难以置信的、令人兴奋的方法。事实上,我甚至可以说它有可能彻底改变医学。mRNA 疫苗的改良速度比传统疫苗快得多;即使是现在,仍在继续更新现有的COVID-19 疫苗,以赋予新的冠状病毒变种更好的免疫力。但 mRNA 的潜力不仅仅限于此次新冠疫情,甚至不只限于传染病疫苗。大量的研究是在布局生产各种难以治疗疾病药物的管线,例如肿瘤、艾滋病毒、狂犬病和疟疾等等。并且 mRNA 药物还可以让我们更快接近个性化治疗时代。在这个时代,可以根据患者自身疾病情况有针对性地定制治疗方案。” Paul Pietsch 说到,Paul Pietsch 是 KNAUER 公司 LNP 生产设备工程解决方案主管。该团队帮助客户使用 LNP 系统以满足客户的需求,并为客户提供支持和改进。
携手抗击疫情
在新冠疫情之前,mRNA 技术通常仅限于小规模的临床试验。然而,随着 COVID-19 的到来,需要迅速扩大生产规模,KNAUER 为quan球 mRNA 疫苗企业提供了规模化生产的设备,解决了 mRNA 疫苗大规模生产的瓶颈。
KNAUER 拥有 60 年的科研设备开发和生产经验,主要擅长在液相色谱及配套设备领域。KNAUER 高精度的 BlueShadow80P 泵及液体处理系统可确保在高流速高压的状态下保证有效的 LNP 制备。
“在新冠疫情爆发后不久,我们收到了一个神秘客户的请求,他对我们的泵技术很感兴趣。我们兴奋地发现,客户是 mRNA 技术的先驱,现在是世界上主要的疫苗生产商之一。客户需要我们帮助克服纳米颗粒 (LNP) 封装的瓶颈。我们在这个项目上进行了密切合作,zui终我们的混合器装置被用于 COVID-19 疫苗的 LNP 制剂生产。“ KNAUER 手席执行官 Alexandra Knauer 说到。
Alexandra Knauer 在 IJM 装置前,该设备用于 COVID-19 疫苗的 LNP 制剂生产
封装必要性
mRNA 是一个ji其脆弱的分子,在没有保护的情况下很容易降解。由于它的结构包含了产生治疗效果所需蛋白质的指令信息,所以保持它的完整是非常重要的。LNP 可保护 mRNA 不被核酸酶降解, mRNA 可以通过内吞作用进入细胞。简单地说,没有LNP 封装,mRNA 疗法就不起作用。由于封装是如此重要,工艺中使用的参数必须精雀,以确保高效率和均匀的颗粒大小分布。事实上,实现这些目标所需的条件取决于特定的脂质组成和所使用的 mRNA 链。同样值得注意的是,使用脂类也显示出靶向治疗的希望,脂类可以被修饰;例如,有利于细胞内吞的脂质可以用于靶向癌症治疗。
KNAUER IJM 系统使用 KNAUER 高精度泵将 mRNA 水溶液和脂质体乙醇溶液在混合器内进行自组装形成 LNP。这种纳米颗粒结构增加了 mRNA 在生理体液中的稳定性,并保护 mRNA 免受核酸酶降解。
研究可行性
Paul Pietsch 指出:KNAUER IJM 系统在 mRNA 新冠疫苗的大规模生产中表现出色,但实验室及临床使用方面呢?对于开发新的 mRNA 药物的研究人员来说,市面上目前 KNAUER 还没有合适的设备进行小规模制备,因此我们推出了用于研发的新台式 IJM 系统—— IJM NanoScaler ,适用于实验室及临床前研究,该系统非常紧凑,可放在实验室的台面上,该仪器也符合 GMP 相关要求,可生产几毫升到数百毫升 mRNA 药物。
IJM NanoScaler 配备五个规格混合器,可供研发阶段的条件摸索及方法转移放大,测试不同的工艺参数及配方,确定合适的参数,就可以使用我们的中试及生产规模的混合器装置(IJM)轻松放大以进行 GMP 阶段生产。
目前,对于 mRNA 生物制药的热门话题,有大量资金投入该领域。正因如此,许多研究机构都在布局 mRNA 药物研究。他们希望在工作中使用前沿的制备技术,当然包括我们经过验证过的 IJM 技术!因此,KNAUER 创建实验室及临床阶段使用的 IJM NanoScaler,这使得研究人员更容易进入 LNP 配方的研发阶段。
IJM NanoScaler 旨在使研发阶段 LNP 的组装更加低成本、简单、快速,该系统可制备毫升级别的 mRNA 药物。可用来筛选 LNP 制备条件和临床规模生产,继而使用中试级别或生产级别IJM系统将其生产规模放大到 g 级。
大规模生产之前在 IJM NanoScaler 系统上测试配方和混合条件,不仅可以快速的摸索合适的工艺参数,更加节省资金。KNAUER 提供从临床前到 GMP 生产规模的quan系列 LNP 制备设备,可实现基于脂质纳米粒的mRNA 制剂的可重复和可放大生产。
Paul Pietsch zui后说到,“我希望 mRNA 疗法能彻底改变医学——从个性化药物到治疗顽固性疾病,比如肿瘤。到目前为止,KNAUER 对于能够在这场革命中发挥作用感到非常兴奋,同样兴奋的是,我们新的实验室规模的制备新型脂质纳米颗粒配方的系统为 mRNA 疗法进一步的发展提供了动力。制药业的未来就在这里。
使用KNAUER IJM NANOSCALER设备进行LNP配方的开发和you化
脂质纳米颗粒( LNP )作为核酸药物递送系统,具有显著you势。除了增加药物的稳定性、生物利用度和分布等you势外,LNP 还可快速、高效地进行大规模化生产。我们在西班牙 Curapath 公司进行临床前研究和工艺放大过程中you化了LNP配方,以确定zui佳的封装条件。事实证明使用 NanoScaler 系统( KNAUER 实验室系统 IJM NanoScaler )可以高效可重复地封装出高包封率,合适粒径和 PDI 的脂质纳米颗粒。通过辉瑞/ BioNTech,三星生物/ Moderna 新冠疫苗的规模化生产,证明 KNAUER IJM 具有从研发到中试再到大生产完整的设备解决方案,进行wu缝放大转移。 图1,使用 NanoScaler 封装 LNP 的工艺流程 新冠疫苗疫苗 BNT162b2( BioNTech / Pfizer)和 mRNA-1273(Moderna)取得了巨大的成功,促使许多制药公司布局核酸药物研究。LNP 作为核酸药物的递送系统,其组装过程较为复杂。为了制备出符合要求并可进行规模化生产的 LNP,KNAUER 设计了一种冲击射流混合( IJM )技术,能够精雀混合含有脂质的有机相和含有核酸的水相,可稳定封装出符合质控要求的脂质纳米颗粒。KNAUER 的 IJM 技术已在新冠疫苗的大规模生产中得到验证。新推出的实验室级别 IJM 系统( IJM NanoScaler,图2)专为低样品量的封装而设计,从而有助于you化工艺参数。在西班牙 Curapath,我们评估了不同关键操作参数对 LNP 尺寸、PDI 和包封率的影响。 图2,IJM NanoScaler 实验室级别设备 物料:mRNA(CleanCapFluc,5moU,TriLink)和pDNA(pCMV-Luc,PlasmidFactory) 组分配比:详见表 1 表1,实验中使用的 LNP 成分 初始参数,总流速设置为 2 ml/min,水相与有机相的比例为 3:1。通过样品环注入 1 ml 含核酸的水相,该样品环的设计zui大限度地减少核酸物料的浪费。对于低流速环境下,我们使用zui小的 IJM(IJM 1)进行封装。将形成的 LNP 在 pH 7.4 的 PBS 中进行稀释,使用Vivaspin? 500(Sigma)除去乙醇。 通过实验对比,pDNA-LNP 的粒径大于 mRNA-LNP,分别为 110-130 nm 和 80-100 nm(图3)。这是意料之中的,因为 pDNA 比 mRNA 体积更大,为 6.2kbp,而 mRNA 仅为1.9kb。不过,两者的 PDI 都在接受范围内,低于0.2。 图3,含有不同核酸的 LNP 制剂粒径大小和 PDI 同时将 pDNA 和 mRNA 用 NanoScaler 与传统人字形微流控封装进行了对比,实验结果得出, NanoScaler 和人字形微流控封装的 LNP 具有相似特征(图4)。四组 LNP 的 PDI 均较低,由 NanoScaler 封装的 LNP 显示出较高的再现性。两个系统产生了几乎相同粒径大小的 pDNA-LNP,其粒径均大于 mRNA-LNP。有趣的是,由 NanoScaler 配制的 mRNA-LNP 粒径小于人字形微流控封装的 mRNA-LNP。 图4,使用NanoScaler和传统人字形微流控配制的LNP的对比。A) pDNA-LNP 和 B)mRNA-LNP 此外,我们还评估了总流速、在线稀释等对 LNP 封装的影响、清洁验证和包封率等数据,并配制了 50ml 的 LNP 制剂,获得的各种表征数据与 1ml LNP 制剂相似。为 LNP 配方的开发和you化提供了实用指导,证明了 NanoScaler 系统的多功能性,可用于制备 1ml 至数升的LNP 制剂。 满足研发、临床Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 期及小规模工业生产。更多表征参数以及工艺you化信息请联系我们。 根据配置,API 的预稀释和淬火可以在冲击射流混合 (IJM) 生产规模单元之外的一个工艺步骤中对单元的组合流进行。 并行单元的数量取决于应用。此外,泵、流量计、喷射混合器和管道的数量可以适应所需的条件和规模。滑轨都内置在脚轮上的不锈钢框架中,适用于制药生产中的 CIP 清洁程序。 用于高通量生产脂质纳米颗粒(LNP、微乳液等)的碰撞喷射混合 (IJM) 装置包括: 多达 16 台 KNAUER 高压计量泵 80P 多达 16 个流量计 多达 8 个混合器 用于脂质/乙醇混合物和 mRNA/缓冲液混合物的入口 LNP 解决方案的出口 清洗系统 框架(不锈钢系统1.4301) 与订单和文章相关的定制技术文档 客户服务 毛细管定制和标记 FAT(KNAUER Berlin 工厂验收测试) SAT(客户现场的现场验收测试)
用于大规模生产的脂质纳米颗粒LNP制备系统
此外,我们为客户提供:碰撞喷射混合器
冲击射流混合器数量 zui多 8 个 泵数量 zui多 16 个 流量计数量 zui多 16 个 过程连接入口 卫生夹连接器(2 个入口) 过程连接出口 卫生夹连接器(1 个出口) 体积流量 (L/min) 取决于配置 体积流量(L/小时) 取决于配置 zui大操作压力 50-70 巴 液体温度范围 4?60 °C (39.2?140 °F) 接液材料 不锈钢、PEEK、钛、FFKM、PTFE、GFP(石墨纤维增强PTFE)、氧化铝(Al 2 O 3)、红宝石、蓝宝石 软件 不包括在内,可提供用于集成到 PLC 中的必要接口 接口 泵:LAN、RS-232、排针连接器;
流量计:RS-232 + 工业接口;
阀门驱动:局域网电源 泵:100–240 V,50–60 Hz;
流量计:+15…24 V DC,zui大功耗 每个设备的值
泵:zui大 320 W;
流量计:3W环境条件 温度范围:4-40°C;39.2–104°F;低于 90 % 湿度(非冷凝) 方面 取决于配置 重量 取决于配置 API-预稀释和淬火 取决于配置 符合 GMP 的文档 是的 工厂验收测试 是的 现场验收测试 是的 免责声明 根据流程,zui终用户必须考虑专利和知识产权的法律状况。KNAUER 正在根据客户要求设计定制的硬件解决方案
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