Die Auswirkung physikalischen Stresses auf monoklonale Antikörper in der Formulierungsentwicklung

Eppler, Annette

Physikalischer Stress auf Antikörperlösungen äußert sich vorrangig durch Aggregation. Es werden verschiedene analytische Methoden benötigt, um die Aggregate in den unterschiedlichen Größenbereichen zu detektieren. Richtlinien für die Durchführung von Untersuchungen mittels physikalischen Stresses wie Schütteln oder Rühren zur Ermittlung der stabilsten Formulierung in der Formulierungsentwicklung gibt es bisher nicht. Deshalb wurden in dieser Arbeit "small scale"-Methoden für das Schütteln und Rühren entwickelt, die es in einem Konzentrationsbereich von 2-5 mg/ml möglich machen, eine noch nicht ausreichend formulierte Antikörperlösung mit einer Marktformulierung hinsichtlich ihrer Stabilität gegen physikalischen Stress zu vergleichen und zu beurteilen. Ein weiteres Ziel der Arbeit war es, die Ursachen für die nachgewiesenen Instabilitäten während des Schüttelns zu identifizieren. Hier wurden Parameter wie das Vorhandensein von Luft-Wasser-Grenzflächen und Bildung von Scherstress untersucht. Diese beiden Stressgrößen wurden mittels einer Computational-Fluid-Dynamics (CFD) Simulation berechnet. Ein weiterer Versuchansatz imitierte den Scherstress durch Rühren ohne das Vorhandensein von Luft und verglich diesen mit einem möglichst reinen Luft-Wasser-Grenzflächenstress mittels Begasen. Hierbei wurden sehr unterschiedliche Aggregate detektiert. Auch der Effekt von Tween 80 wurde in dieser Arbeit anhand unterschiedlicher Stressarten untersucht, ebenso wie das Schütteln von hochkonzentrierten Lösungen (100 mg/ml). Während einer Aufkonzentrierung wird ebenfalls physikalischer Stress auf das Protein ausgeübt. In dieser Arbeit wurde eine "small scale"-Technik gesucht, die vergleichbare Ergebnisse hinsichtlich der Stabilität des aufkonzentrierten Antikörpers liefert wie die Tangentialstromfiltration (TFF). Als besonders geeignet in dieser Hinsicht erwiesen sich Zentrifugalkonzentratoren, die neben Dialyse und Rührzellfiltration im Vergleich zur TFF untersucht wurden.

Physical stress on antibody solutions leads to aggregation. Various analytical methods are required to detect the aggregates within different size ranges. Currently there are no existing guidelines describing suitable test conditions for physical stress like shaking and stirring in order to determine the most stable formulation in formulation development. Therefore a variety of different stress designs is used. The objective of this work was to establish "small-scale" stress designs for shaking and stirring within the concentration range of 2-5 mg/ml. These designs ought to be used to compare and evaluate a not yet fully formulated antibody solution with a formulation already on the market regarding it's stability against physical stress. Another objective of this work was to identify the reasons for the detected instabilities during shaking and stirring. This includes the examination of parameters such as the presence of air-water-interfaces and the formation of shear stress. These two stress parameters were evaluated using a Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulation. Another experimental approach imitated the shear stress by stirring without the presence of air and compared it with a preferably pure air-water-interface-stress achieved by gassing. Various aggregates were detected within this procedure. The effect of Tween 80 as well as the shaking of highly concentrated solutions (100 mg/ml) was also determined in this work by using different stress parameters and designs. During the concentration physical stress is also exerted upon the protein. Within this work a "small scale" technique was sought that provides comparable results to the tangential flow filtration (TFF) regarding the stability of the concentrated antibody. Centrifugal concentrators hereby proved themselves to be particularly suitable compared to dialysis, stirring cell and TFF.

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Eppler, Annette: Die Auswirkung physikalischen Stresses auf monoklonale Antikörper in der Formulierungsentwicklung. 2012.

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