使用 QbD 方法进行脂质体药物开发

来源：药物递送

作者：开朗的豌豆射手

质量源于设计 (QbD) 是一种系统的、基于风险的药品和生产开发方法，它在研究、开发和设计阶段使用质量改进的科学方法，以确保质量和安全在尽可能早的阶段被设计进入产品。本文重点关注 QbD 原理在脂质体开发中的最先进应用。QbD 方法最近被提议作为获得更高质量脂质体产品的有用工具，因为它们的开发是一项具有挑战性的任务，涉及复杂的制剂和生产工艺。因此，本文将概述当前定义关键材料属性或工艺参数与产品关键质量属性之间的关系以及建立设计空间的策略。此外，还将描述当前的表征方法，作为 QbD 范例中所需的控制策略的一部分。

近年来，质量源于设计（QbD）概念在药物开发和药物生产中变得越来越重要。QbD 是药品监管机构（FDA — 美国食品药品监督管理局和 EMA — 欧洲药品管理局）推荐的、用于提高药品质量的方法。

对于药品来说，质量被视为强制性话题，必须得到保证。药品的质量是通过能够获得标签上提到的治疗效果和不存在污染来保证的。产品质量是指性能、稳健性、可信赖性，并且必须融入其中。为了确保产品质量，可以实施 QbD 等科学方法。QbD 的概念由著名质量先驱 Joseph M. Juran 博士在几十年前首次定义，强调产品的设计和生产过程，以达到某种预定的质量。Juran 博士认为，质量应该融入到产品中，而产品的设计方式决定了与其质量相关的大多数问题。Juran 博士认为，产品的质量是可以规划的，而大多数质量缺陷源于产品质量的规划方式。

在制药领域，ICH、FDA 和 EMA 制定了多项监管指南，为理解如何实施 QbD 概念提供了必要的信息。在 ICH Q8 - 药品开发指南中，QbD 被定义为“一种系统的开发方法，它从预先确定的目标开始，强调产品和工艺的理解以及过程控制，基于健全的科学和质量风险管理”。这种从药品开发到生产的科学、基于风险和主动的方法将提供必要的知识和信息，以最大限度地降低风险，并确保产品的预定质量。因此，QbD 提供了一种工具来了解制剂、原料特性和工艺变量对药品质量的影响；可以通过控制制剂输入材料和生产过程关键变量来确保产品质量。它涉及设计制剂和生产工艺，以获得具有预定质量规格的药品。QbD 识别对产品质量至关重要的特征，将其转化为药物应具有的属性，并确定如何改变关键制剂和工艺参数，以不断生产具有所需特征的药品。QbD 方法的目标是深入了解制剂和工艺变量以及它们之间的关系，以获得具有一致的所需特性的药品。实际上，QbD 有助于建立产品的关键质量属性 (CQA) 以及如何修改关键材料属性 (CMA) 和关键工艺参数 (CPP)，以交付具有预定质量规格的产品。

QbD 方法包括以下几个关键步骤：(1) 定义质量目标产品概况 (QTPP)；(2) 进行风险评估，以确定哪些制剂、材料或工艺参数可能影响产品的质量属性 (CQA)；（3）研究制剂变量、材料属性和工艺参数对药品关键质量属性（CQA）的影响，找出其中哪些是关键材料属性（CMA）和关键工艺参数（CPP）；(4) 建立确保所需产品规格的设计空间；(5) 设计和实施控制策略，以确保持续改进。为了以数学形式研究 CMA 和 CPP 之间的关系及其对 CQA 的影响，使用了实验设计 (DoE) 策略。该方法还允许通过运行最少数量的实验来建立设计空间。脂质体制备的设计空间可以通过实施QbD策略作为脂质体开发的系统方法来建立，以便通过理解和控制制剂、材料和生产变量来提高产品质量。该策略被药品监管机构推荐用于开发更优质的产品，并可用于脂质体药物产品的开发。

脂质体产品的 QTPP 定义和 CQA 鉴定

使用 QbD 概念协助制剂和工艺设计的最重要元素是预先定义所需的最终产品质量概况。根据ICH的定义，QTPP是“对药品质量特征的前瞻性总结，在考虑药品安全性和有效性的情况下，理想情况下将达到确保所需质量的目的”。为了建立QTPP，必须考虑以下因素：给药途径、剂型、剂量强度、递送系统、影响药代动力学特征的属性、稳定性、无菌性和适合预期最终产品的药物释放。

QTPP 是基于先前的科学知识和适当的体内相关性而建立的。根据当前的文献，表 1 列出了脂质体产品的 QTPP 以及每个元素的目标。

表1. 脂质体产品的QTPP

在设计纳米制剂时，最终产品的效率将与粒径直接相关。粒径是影响生物分布、循环半衰期和细胞摄取的最重要因素。由于其粒径小且表面积大，药物纳米系统表现出增强的生物利用度和穿过生物膜的额外能力。此外，在癌症治疗中，“智能”纳米颗粒将药物递送到肿瘤组织中，并避开正常组织和器官。静脉注射后，脂质体通过被动或主动靶向在肿瘤中积累，从而获得更高的治疗效率和更少的副作用。作为肠胃外剂型，脂质体产品必须无菌、无热原且耐受性良好。无溶血活性也被认为是脂质体产品的要求。

根据这些建议，对于脂质体产品，通常确定以下 CQA：平均粒径、粒径分布和 zeta 电位（作为物理 CQA）；药物含量（作为化学 CQA）；体内稳定性和药物释放（作为生物 CQA）；无菌性（如微生物 CQA）。

一般来说，对于所有纳米颗粒来说，平均粒径和粒径分布是主要的CQA，它们在决定其体内分布、载药量、药物释放和靶向能力方面发挥着重要作用。

血流中循环的纳米颗粒的生物分布很大程度上受颗粒粒径的影响。20-30 nm 的较小颗粒被肾脏消除，而 300 nm 以下的较大颗粒则被网状内皮系统 (RES) 吸收。通过将粒径减小到 100 nm 以下，可以减少 RES 的吸收。根据研究，理想的纳米载体的粒径应在 10 至 100 nm 之间，以逃避肾脏过滤和肝脏捕获。例如，在肿瘤靶向中，颗粒需要小于肿瘤新血管系统中开窗的孔径。文献表明，为了有效地增强渗透性和保留（EPR）效果，粒径通常必须在 50 至 100 nm 之间，具体取决于肿瘤类型、其环境及其定位。小于 200 nm 的粒径也有利于脂质体产品的无菌性，因为该粒径允许最终产品的无菌制备和除菌过滤。

粒径也影响药物释放的动力学。随着颗粒粒径变小，它们的表面积与体积之比变大。这意味着与较大的颗粒相比，更多的药物更接近颗粒的表面。位于或接近表面会导致药物释放更快。

多分散系数反映了脂质体产品的粒度分布，是一个物理参数，其目标是具有降低的值，表明分散体具有良好的均匀性。一般来说，低于 0.5 的多分散系数值被认为是可接受的。

Zeta电位或粒子电荷是评价胶体体系稳定性的重要参数。具有高负或正 zeta 电位值的颗粒相互排斥，表明胶体体系是稳定的。相反，将 zeta 电位值降低至接近中性会导致脂质体聚集。纳米系统的电荷影响全身循环时间以及与目标组织的相互作用。表面电荷的存在可以改变颗粒的调理作用曲线、RES 器官中细胞的识别以及整体血浆循环曲线。关于与靶标的相互作用，已知阳离子脂质体对带负电荷的癌细胞膜具有亲和力，并且比中性或阴离子脂质体具有更高的选择性。肿瘤细胞对阳离子脂质体的细胞内摄取可比正常脂质体高14倍。因此，阳离子脂质体增强了脂质体药物的安全性。脂质体电荷也会影响药物负载，阳离子脂质体对带负电荷的药物表现出更高的包封效率。

根据脂质体分散体中药物的分布情况，脂质体的药物含量可以用三种方式表示：药物浓度（μg/mL）；包封率（EE，脂质体内所含药物量与药物总量之比；％）；和药物载量（相对于所用脂质的量所含药物的量；药物与脂质的比率）。

高包封效率对于生产商和患者都非常重要。更高百分比的药物封装可以降低生产成本并增加最终制剂中的药物浓度，从而使剂量具有更大的灵活性。根据药代动力学，较高的药物浓度可导致给药间隔增加，从而提高患者的依从性。

脂质体内的药物保留也非常重要。由于脂质体的目的是将药物递送至目标位点，因此在细胞摄取之前不应有药物泄漏。

为了通过被动靶向实现延长的药物释放和有效的肿瘤积累，体内稳定性至关重要。静脉注射后脂质体的体内行为与其与血液成分的相互作用直接相关，这取决于脂质体表面的疏水/亲水特性。纳米颗粒的疏水性越强，由于血液蛋白的结合程度越高（调理作用），就越有可能被吞噬作用清除。表面性质的改善与亲水聚合物提供的空间位阻效应有关，这可以防止表面修饰的脂质体（“隐形脂质体”）被RES快速消除。脂质体表面的亲水化延长了循环时间（长循环脂质体），增强了包封药物的治疗潜力。

药物释放动力学对于脂质体的治疗活性具有重要意义。药物必须以治疗窗内的水平、足够的速率、足够的时间递送到疾病部位，以获得最佳的治疗活性。药物递送到正确的部位与靶细胞的识别和相互作用有关。肿瘤组织的细胞表面或血管表面存在一系列特异且过度表达的受体，与肿瘤进程密切相关。附着在脂质体表面的靶向配体与相应的受体结合，因此脂质体通过内吞作用被内化。这些配体可以是单克隆抗体、抗体片段、肽、蛋白质、核酸、碳水化合物或小分子。

原文：A.Porfire, M.Achim, C.Barbalata, et al., Pharmaceutical Development of Liposomes Using the QbD Approach. Liposomes - Advances and Perspectives, 2018.