糖類家族大戰(zhàn)之誰(shuí)才是強(qiáng)凍干保護(hù)劑

凍干是復(fù)雜的相變過(guò)程,凍干制品在整個(gè)過(guò)程存在的各種應(yīng)力,包括低溫應(yīng)力、凍結(jié)應(yīng)力、干燥應(yīng)力等,常常是直接或間接導(dǎo)致制品中蛋白質(zhì)變性的因素,所以在凍干過(guò)程中需使用保護(hù)劑。常用的保護(hù)劑一般分為糖、多羥基化合物、氨基酸、蛋白質(zhì)、聚合物和無(wú)機(jī)鹽等，其中糖是常見(jiàn)、使用廣的一類凍干保護(hù)劑，是蛋白質(zhì)的非特異性穩(wěn)定劑，在凍干的各個(gè)階段均能對(duì)蛋白質(zhì)生物制品起到一定的保護(hù)作用。

糖一般分為單糖、低聚糖和多糖。目前用作保護(hù)劑的單糖主要有：葡萄糖；用作保護(hù)劑的低聚糖主要有：蔗糖、乳糖、海藻糖；用作保護(hù)劑的多聚糖主要有：果聚糖、菊糖、麥芽糖糊精、麥芽多糖等。本文主要對(duì)常用的凍干保護(hù)劑葡萄糖、蔗糖、海藻糖、乳糖、麥芽糖及果聚糖進(jìn)行對(duì)比，分析其優(yōu)勢(shì)及局限性。

葡萄糖在凍干過(guò)程中可部分保持無(wú)定型狀態(tài)，對(duì)某些蛋白質(zhì)具有一定的保護(hù)作用，但是葡萄糖是還原糖，可能與蛋白質(zhì)上暴露的某些氨基酸殘基發(fā)生邁拉德反應(yīng)，使制品變黃，蛋白質(zhì)活性降低，故有時(shí)不適合作為保護(hù)劑。有文獻(xiàn)研究表明葡萄糖用于脂質(zhì)體凍干保護(hù)時(shí)，不能很好的降低磷脂分子間的范德華力進(jìn)而降低相變溫度，其凍干保護(hù)能力較弱。

蔗糖是由葡萄糖和果糖通過(guò)異構(gòu)體羥基縮合而形成的非還原性二糖，具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，對(duì)阻止蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的改變、凍干處理過(guò)程中及貯藏期內(nèi)蛋白質(zhì)多肽鏈的伸展及聚集起著作用，已在蛋白、ji素類藥物的凍干制劑以及病毒疫苗等產(chǎn)品中作為保護(hù)劑得以應(yīng)用。并且對(duì)于注射用凍干制劑，蔗糖還能起到調(diào)節(jié)滲透壓的作用，選擇蔗糖作為生物制品的凍干保護(hù)劑可謂一舉三得。同時(shí)在脂質(zhì)體的凍干工藝中，蔗糖也是常用的一種保護(hù)劑。與甘露醇、葡萄糖等相比它具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和粘度保護(hù)效果更好，與海藻糖相比性價(jià)比更高，且脂質(zhì)體外水相很多都用到蔗糖，因此為了不給制劑本身帶來(lái)其它方面的影響，常常使用蔗糖，一般用量在5%~10%，具體的用量還需根據(jù)具體的chu方進(jìn)行調(diào)整。蔗糖同時(shí)能夠起到減少膜融合、保護(hù)脂質(zhì)體粒子不在凍干過(guò)程中破裂、泄露藥物的作用，此外還能起到賦形劑的作用—對(duì)凍干后餅的形狀、疏松度、塌陷度等都有影響。大量文獻(xiàn)表明，使用蔗糖作為凍干保護(hù)劑的脂質(zhì)體制劑復(fù)溶后藥液穩(wěn)定性和復(fù)溶效果（主要是藥物包封率和粒徑變化）都很好。

海藻糖作為一種非常穩(wěn)定的非還原性雙糖，對(duì)生物體具有神奇的保護(hù)作用。海藻糖在高溫、高寒、高滲透壓及干燥失水等條件下，能在細(xì)胞表面形成獨(dú)特的保護(hù)膜，能有效的保護(hù)蛋白分子不變性失活，從而維持生命體的生命過(guò)程。鑒于這些動(dòng)植物特殊的自我保護(hù)機(jī)制，人們開(kāi)始探索海藻糖在生物體保護(hù)上的應(yīng)用，并作為蛋白質(zhì)藥物、酶、疫苗和其它生物制品的保護(hù)劑使用。海藻糖作為目前低溫保存常用的非滲透性保護(hù)劑之一，可以提高胞外溶液的溶質(zhì)濃度，不僅能在細(xì)胞外形成高滲，減少胞內(nèi)冰的形成，還具有較高的玻璃化溫度，易形成玻璃態(tài)。這樣一方面避免了低溫對(duì)細(xì)胞膜蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的損傷，另一方面將細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)分子支撐包裹起來(lái)，使之不易變形，yi制細(xì)胞膜融合，降低細(xì)胞膜的通透性。除此之外，海藻糖也是脂質(zhì)體注射劑凍干保護(hù)劑的不錯(cuò)選擇。實(shí)驗(yàn)顯示，以海藻糖作保護(hù)劑的凍干脂質(zhì)體粒徑變化小，保護(hù)效果好；葡萄糖的粒徑變化大，保護(hù)效果差。對(duì)于海藻糖，10%的濃度對(duì)凍干脂質(zhì)體的保護(hù)效果好。與蔗糖相比，海藻糖的玻璃化溫度更高，吸濕性更低，也同樣不屬于還原性糖，因此具有更廣的應(yīng)用前景。但是由于海藻糖價(jià)格高，阻礙了其在生物制品工業(yè)生產(chǎn)中的大規(guī)模使用，在同等凍干保護(hù)效果下人們更傾向于選擇性價(jià)比更高的蔗糖。

乳糖是由半乳糖和葡萄糖通過(guò)α-1,4-糖苷鍵連接形成的二糖。由于價(jià)格低廉、易于獲得，也常作為凍干保護(hù)劑。由于市售的藥用乳糖，在其制備過(guò)程中不可避免的會(huì)有乳球蛋白的殘留，這種外源性的蛋白會(huì)引起過(guò)敏反應(yīng)，因此很多乳糖不能作為注射液使用。2020年新版中國(guó)藥典限定了乳糖作為藥用輔料的范圍—供非注射劑、非吸入制劑用。

麥芽糖在一些脂質(zhì)體的凍干保護(hù)效力上與海藻糖近似，但是麥芽糖為還原糖，可能與蛋白質(zhì)上暴露的某些氨基酸殘基發(fā)生邁拉德反應(yīng)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

果聚糖存在于多種溫帶植物中，某些植物中果聚糖的量可達(dá)到其干質(zhì)量的80％(W) 。果聚糖聚集在這些可越冬且能經(jīng)受干燥考驗(yàn)的植物qi官中，由此推測(cè)果聚糖在幫助植物抵御寒冷或干燥等極端條件上具有重要意義。但聚合度高的果聚糖水溶性較低，在干燥過(guò)程中易于析出沉淀故其保護(hù)作用較差。

就目前而言二糖中的蔗糖和海藻糖是研究多、也是公認(rèn)的有效的生物制品保護(hù)劑，總結(jié)見(jiàn)下面表格。蔗糖和海藻糖在凍干保護(hù)界戰(zhàn)斗力平分秋色，各有各的優(yōu)點(diǎn)，蔗糖的玻璃化溫度雖低于海藻糖，但勝在性價(jià)比高，在與海藻糖有同等凍干保護(hù)效果的情況，優(yōu)先選它準(zhǔn)沒(méi)錯(cuò)；海藻糖的玻璃化溫度更高，吸濕性更低，屬于非還原性雙糖，比起蔗糖具有更廣的應(yīng)用前景，但大的缺點(diǎn)是價(jià)格高，在工業(yè)生產(chǎn)的大規(guī)?；瘧?yīng)用受限。我們可以期待一下，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)海藻糖的價(jià)格不再高昂，那它的大規(guī)模化應(yīng)用也不遠(yuǎn)了。但就目前而言，蔗糖和海藻糖均屬于凍干保護(hù)界的扛把子，選擇哪一個(gè)都不虧，大家可以根據(jù)具體情況去選擇。

參考資料：

[1] 田燁，吳明媛 生物制品凍干保護(hù)方法研究進(jìn)展 [J].中國(guó)醫(yī)藥生物技術(shù)，2018，13(1)：73-76．

[2] 李德志，郭大東，高宏麗，等．凍干重組人白細(xì)胞介素一2結(jié)晶性狀的分析[J]．齊魯藥事，2004，23(4)：47-48．

[3] WILSCHUT J，PAPAHADIOPOULOSD．Ca： in- duced fusion of phospholipid vesicles monitored by mixingofaqueouscontents[J]．Nature，1979，281：690—692．

[4] CROWELM，WOMERSLEYC，CROWEJH，eta1.Prevention offusion and leak age in freeze--dried lipo-· somesbycarbohydrates[J]．BiochimicaetBiophysica Acta，1986，861：131—140．

[5] CROWELM．Lessonsfrom nature：theroleofsugars inanhydrobiosis[J]．ComparativeBiochemistryand PhysiologyPartA ，2002，131：505—513．

[6] HINCHA D K，LIVINGSTON IIID P，PREMA— KUMAR R ，eta1．Fructansfrom oatandrye：composi— tionan d effectson membran e stability during drying [J]．Biochimica etBiophysica Acta，2007，1768： 1611—1619．

[7] 唐文雅，宋艷志，鄧意輝，等.脂質(zhì)體凍干保護(hù)劑的種類及其作用機(jī)制研究進(jìn)展.沈陽(yáng)藥科大學(xué)學(xué)報(bào) [J].2012，29(7)：560-569．

[8] 朱敖蘭，楊潔.生物制品凍干保護(hù)劑及其保護(hù)機(jī)理的研究進(jìn)展.喀什師范學(xué)院學(xué)報(bào) [J].2007，28(6)：3-7．

| 產(chǎn)品名：海藻糖（供注射用）（無(wú)菌）

| 中文名稱：D(+)-海藻糖二水合物

| 英文名稱：D(+)-Trehalose dihydrate (for injection)

| 化學(xué)名稱：α-D-吡喃葡萄糖基-α-D-吡喃葡糖苷二水合物

| 型號(hào)：Hipo-S

| 含量測(cè)定：99.3%

| CAS號(hào)：6138-23-4

| EINECS登錄號(hào)：202-739-6

| 備案登記號(hào)：F20190000452

| DMF號(hào)：034401

| 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：符合各國(guó)藥典標(biāo)準(zhǔn)（Chp,USP,JP,EP）

| 分子式：C12H22O11·2H2O

| 分子量：378.33

| 性狀：白色結(jié)晶性粉末

| 比旋度：+198.8°

| 無(wú)菌：符合規(guī)定

| 微生物限度：無(wú)菌

| 細(xì)菌內(nèi)：<0.1IU/g

| 含量測(cè)定：99.3%

| 溶解性：易溶于水，溶于熱乙醇，微溶于甲醇。

| 保存：密封、涼暗干燥處保存，常溫條件下運(yùn)輸。

| 中文名稱：蔗糖（供注射用）

| 商品名：蔗糖（供注射用）  

| 型號(hào)：Zipo-S

| 英文名稱：sucrose (for injection)

| 化學(xué)名稱：D-(+)-Saccharose，Α-D-葡萄吡喃苷基-Β-D-呋喃果糖苷

| CAS號(hào)：57-50-1

| 備案登記號(hào)：F20200000093

| DMF備案號(hào)：035209

| 生產(chǎn)商：艾偉拓（上海）醫(yī)藥科技有限公司

| 級(jí)別：藥用注射級(jí)輔料

| 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：CP/USP/EP/JP

| 分子式：C12H22O11

| 分子量：342.3

| 性狀：本品為無(wú)色或白色結(jié)晶，或白色結(jié)晶性的松散粉末，無(wú)臭有甜味。

| 用途：凍干保護(hù)劑、低溫保護(hù)劑

| 保存：常溫條件下運(yùn)輸，需密封、陰涼干燥處保存

| 注意事項(xiàng)：避免與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化性物質(zhì)接觸

項(xiàng)目有凍干需求的小伙伴不妨嘗試一下。電話咨詢請(qǐng)撥打400-6262-623，我們期待您的咨詢！