Stabilisation and characterisation of protein and vaccine formulations

Wolff, Lena

Der erste Teil dieser Arbeit behandelt die Stabilität lyophilisierter Vakzinformulierungen mit Aluminiumhydroxid als Adjuvans während Stresstests bei akzelerierten Lagerbedingungen. Vakzinkomponenten sind Abagovomab, ein monoklonaler anti-ideotypischer Antikörper zur Behandlung des Ovarkarzinoms, sowie Aluminiumhydroxid. Rezepturen mit Trehalose (15 oder 20 %) sowie mit Dextran, PVP K 25, HES 450 oder 200, Saccharose und Sorbitol (10%) schützten Abagovomab vor Abbau und Aktivitätsverlust, wie mit SDS-PAGE und ELISA gezeigt werden konnte. Partikelgrößenanalyse, Sedimentationsassays und Rötgenweitwinkelbeugung konnten zeigen, dass vor allem Dextran, HES 450 und in geringerem Ausmaß PVP K 25 die Stabilität des Adjuvans während der Stresstests erhöhen konnten. Im Vergleich zu ungeschützten wässrigen Rezepturen mit Abagovomab zeigten die lyophilisierten Vakzinrezepturen eine erheblich höhere Stabilität während akzelerierten Lagerungsbedingungen. Zudem konnte die Anwendbarkeit von Nil Rot Fluoreszenzmikroskopie und Adsorptionsstudien zur eingehenden Charakterisierung gefriergetrockneter Vakzinrezepturen gezeigt werden. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit den Kräften, die bei der Adsorption von Abagovomab an Aluminiumhydroxid eine Rolle spielen; vor allem hinsichtlich des Einflusses der interstitiellen Flüssigkeit und ihrer Bestandteile auf den Adsorptionsprozess. Es konnte gezeigt werden, dass elektostatische Interaktionen die Adsorption beeinflussen. Untersuchungen zum Einfluss von Phosphat und simulierter interstitieller Flüssigkeit auf die Adsorption ergaben jedoch, dass Liganenaustausch der Hauptmechanismus ist. Die Untersuchung der Adsorptionskapazität von Abagovomab an Aluminiumhydroxid in der Rezeptur im Vergleich zur Adsorptionskapazität in einer Umgebung, die mit in vivo Bedingungen vergleichbar ist zeigte, dass die Adsorptionskapazität sinkt, je mehr die Umgebung den in vivo Bedingungen nach subkutaner oder intramuskulärer Administration gleicht.

The first part of this work evaluates the stability of lyophilised aluminium hydroxide adjuvanted vaccine formulations during stress testings at elevated temperatures. Exemplary vaccine components were abagovomab, a monoclonal anti-idiotypic antibody developed as an immunovaccine for the treatment of ovarian cancer and aluminium hydroxide adjuvant. Trehalose (15 or 20 %) and 10 % concentrated formulations of dextran, PVP K 25, HES 450 and 200, saccharose and sorbitol protected abagovomab from denaturation/degradation and loss in potency as detected with SDS-PAGE and ELISA. Particle size analysis, sedimentation assay and wide angle X-ray diffraction revealed that dextran, HES 450 and to a less extend PVP K 25 particularly enhanced stability of the adjuvant within a vaccine formulation during stress testing. The lyophilised vaccine formulations revealed a considerably higher stability towards accelerated storage conditions compared to unprotected aqueous formulation of abagovomab. Furthermore, the applicability of Nile Red fluorescence microscopy and adsorption studies for in-depth characterisation of freeze-dried vaccine formulations could be demonstrated. The second part of this work evaluates the forces involved in the adsorption of abagovomab onto an aluminium hydroxide adjuvant in interstitial fluid and the influences of interstitial fluid and its components on this process. Partial elution of abagovomab by a change in ionic strength indicates that electrostatic interactions influenced adsorption. Studies on the role of phosphate and simulated interstitial fluid on the adsorption demonstrated that ligand exchange is the main force of adsorption. A comparison of the adsorption capacity of abagovomab in the formulation with that in an environment imitating the in vivo environment using simulated interstitial fluid showed the adsorption capacity to decrease, the more the conditions resemble the in vivo environment after subcutaneous or intramuscular administration.

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Wolff, Lena: Stabilisation and characterisation of protein and vaccine formulations. 2009.

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