Proteine bilden eine große und hochgradig variable Gruppe biologischer Moleküle, die bei allen bekannten biologischen Systemen eine zentrale Rolle spielen. Proteine regulieren chemische Reaktionen, bilden Stützstrukturen, steuern physiologische Reaktionen und vermitteln Immunreaktionen. Aufgrund dieser Fähigkeit, nahezu jeden Aspekt von biologischen Prozessen zu beeinflussen, stehen sie im Fokus der biopharmazeutischen Industrie.

Die Palette an biopharmazeutischen Produkten hat sich stark erweitert und umfasst heute Produkte wie Hormone, Enzyme, Wachstumsfaktoren, Immunsignalfaktoren und Antikörper. Proteine sind eine wertvolle Quelle für potenzielle Therapeutika. Aufgrund ihrer dynamischen und komplexen Eigenschaften stellt die Entwicklung, Produktion und Vermarktung von biopharmazeutischen Produkten jedoch nach wie vor große Herausforderungen.

Proteine sind dynamische Strukturen und liegen häufig in einem fließenden Wechsel zwischen den nativen und den partiell entfalteten Zwischenprodukten vor. Zudem weisen sie unter bestimmten Umgebungsbedingungen spezifische Funktionen auf. Aufgrund dieser Eigenschaften ist die Herstellung von Biopharmazeutika mit langfristiger Haltbarkeit eine große Herausforderung.

Das Ziel der Arzneimittelentwicklung ist es, einen Formulierungs- und Herstellungsprozess zu konzipieren, der gewährleistet, dass das Protein den gegebenen Belastungen standhalten kann und gleichzeitig die in den Zielvorgaben für die Produktqualität festgelegte Haltbarkeit erzielt wird. Die Kenntnis der Zerfallswege, der Nachweis und die Charakterisierung der Aggregatbildung und der Nachweis von Änderungen der Struktur und Konformation sind in der biopharmazeutischen Entwicklung von großem Wert und von zentraler Bedeutung für die Definition von QbD (Quality by Design) und Design Space, die derzeit von den Zulassungsbehörden vorangetrieben werden.

Biopharmazeutika werden überwiegend parenteral verabreicht. Um niedrige Injektionsvolumen zu erzielen, enthalten Biopharmazeutika häufig hohe Proteinkonzentrationen. Bei hohen Konzentrationen kann die Lösungsviskosität ein Problem darstellen, da sie die Injizierbarkeit beeinträchtigt. Es ist daher wichtig, die Lösungsviskosität während der Formulierungsentwicklung zu überprüfen.

Ein deutlicher Trend ist die Verwendung vorgefüllter Spritzen, die Silikonöl als Schmiermittel enthalten, um den Injektionsvorgang zu vereinfachen. Das Vorhandensein von Silikonöltropfen kann jedoch die Partikelcharakterisierung beeinträchtigen und zudem die Aggregatbildung begünstigen. Es ist daher wichtig, die potenziellen Auswirkungen dieser und anderer Kontaminanten auf das aktive Protein und den Patienten zu bewerten.

Die Folgen der Proteinaggregation können variieren. Häufig umfassen sie jedoch Wirkungsverlust, verkürzte Haltbarkeit und Immunogenität. Aufgrund der Auswirkungen auf die Patientensicherheit ist die Immunogenität die bedeutendste Folge der Aggregation und steht im Fokus der Zulassungsbehörden. Es ist daher wichtig, aggregierte Spezies einschließlich löslicher Aggregate und sub-visible Particles mittels Archimedes und/oder NTA vollständig zu charakterisieren.

Die Kenntnis der Entwicklung und der Eigenschaften dieser Zerfallswege ist ein wichtiger Aspekt des Produktwissens, der die Arzneimittelentwicklung unterstützen und die Problemlösung vereinfachen kann. Hierzu muss der Nachweis der Proteinaggregation mit der Charakterisierung von Proteinstruktureigenschaften kombiniert werden.

Unabhängig davon, ob das Biotherapeutikum sich noch in der frühen Präformulierungsphase befindet oder bereits ein bewährtes kommerzielles Arzneimittel ist: Das Produktwissen ist für die Optimierung der Stabilität, Herstellbarkeit und Problemlösung von zentraler Bedeutung. Unsere Lösungen können zur Lösung von vielen Problemen angewendet werden, die mit der Entwicklung und Vermarktung von Proteintherapeutika einhergehen. 

Wir können Proteine im Größenbereich von Monomeren bis zu sub-visible Particles von ca. 10 µm charakterisieren:

Wir bieten eine Reihe von Screening-Tools mit hohem Durchsatz an, die die frühe Formulierungsphase und das Screening von Kandidaten unterstützen. 

Unser hoch entwickeltes Proteincharakterisierungs-Tool ermöglicht detaillierte Untersuchungen von:

Diese Eigenschaften sind von zentraler Bedeutung für das Verständnis der Proteinfunktion, die Vorhersage/Bewertung der Stabilität und die Charakterisierung der Zerfallswege. Ein solches Wissen kann die Entwicklung von Formulierungen und Bioprozessparametern unterstützen, um eine maximale Stabilität und Haltbarkeit zu gewährleisten.