Lactic acid

近年来，随着医药市场环境的改变，药企业绩普遍承压，为了优化资源配置，部分药企选择出售股权资产相关。2025年开年不到一个月，就有多家药企开启“卖卖卖”模式。 例如，1月15日，广济药业发布公告称，公司决定公开挂牌转让湖北广济医药科技有限公司90%股权，交易对价为4479万元。此次转让通过上海联合产权交易所进行，挂牌公告期为2024年11月5日至2024年12月2日，终由湖北科技创新投资有限公司以备案资产评估价全额报价成为受让方。 据爱企查的信息，湖北广济医药科技有限公司成立于2022年03月10日。经营范围包括许可项目：药品生产；药品委托生产；药品进出口；药品批发；药品零售；保健食品生产；第二类医疗器械生产；第三类医疗器械生产；第三类医疗器械经营。 对于此次交易的目的，广济药业表示，公司转让所持有的医药科技公司股权，有利于公司进一步优化资源配置，符合公司整体战略发展需要以及公司和全体股东的利益。交易完成后，公司将不再持有医药科技公司股份，医药科技公司也不再纳入 公司合并财务报表范围。本次交易不会对公司发展战略和生产经营造成不利影响。经初步核算，本次交易预计可增加归属于母公司股东的净利润约 414 万元。 公开资料显示，广济药业是一家主要生产维生素B2、B6、B12、异VC钠、乳酸及乳酸盐系列产品、葡萄糖酸系列产品、淀粉系列产品及医药制剂的国有企业，公司运用“内生式拓展+平台化发展+强链补链并购”的发展战略，持续扩大其在医药原料药及制剂、高附加值营养添加剂、生物基材料等领域的产品线，并以“原料药+制剂+大健康”产品战略推动产业链的下游延伸。 2024年度三季报显示，前三季度，广济药业实现营收4.62亿元，同比下滑11.54%；实现净利润亏损1.58亿元，同比下滑136.76%。 除了广济药业以外，1月2日，和黄医药发布公告，公司拟分别以34.83亿元、9.95亿元分别向金浦健服、上海医药出售上海和黄药业35%、10%股份。出售完成后，上海医药将持有上海和黄药业60%股权，成为上海和黄药业的实控人。公司称，此次出售的目的是为了实现相关价值变现，进一步优化集团的资本及债务结构(包括提高其现金结余并减少其境内债务水平)，以及让集团将资源集中在其核心业务领域。 药明生物也在近日宣布，公司将出售旗下爱尔兰疫苗设施相关的资产。该交易成交额预计为5亿美元，接盘方则为美国制药企业默沙东。公司称，本次交易为药明生物战略评估后做出的决定，将进一步提升药明海德资产效率和利润，未来将聚焦在药明海德苏州基地为全球市场提供疫苗CDMO(医药合同研发生产机构)服务。 在业内看来，出售不相关的业务可以让医药公司更加专注核心业务，并且为其提供资金支持。随着医药行业变革加快，为了保持可持续的发展，预计更多药企将开启“卖卖卖”模式。 来源：制药网 商务合作 130 6172 3098 zakk.cui@siqibest.com 点击 阅读原文 了解更多

摘要:大多数药品和生物药品的稳定性依赖于环境的酸碱性。在水溶液中，酸碱性通常用质子活性尺度，即pH值来表示，而冰冻和冷冻干燥材料中酸碱关系的定义和实验测量则较为复杂。本章首先简要总结了与冷冻和冷冻干燥相关的pH和表观酸碱性的几个关键方面的当前理解，而本章的主要部分则集中在药品文献中未充分涉及的领域，既提供了文献综述，也呈现了以前未发表的数据。具体涉及以下主题：(i) Hammett酸度函数和pH等效值(pHeq)；(ii) 影响冻干品表观固态酸性的因素；(iii) 固态酸性和冻干品的化学不稳定性；(iv) 冷冻基础：准液体层、冷冻浓缩溶液的极性和Workman-Reynolds电位。还概述了该领域未来研究的潜在方向。 1.引言 大多数活性药物成分的稳定性依赖于质子活性（pH）。例如，在特定的酸性和碱性催化反应下，如许多水解反应，通常在接近中性pH时反应速率最低（即，稳定性最大）。在其他情况下，观察到在适度酸性pH区域稳定性最大。对于特定药物分子，最大稳定性的pH区域通常被选为目标pH，pH规格覆盖目标值周围的±0.5个pH单位。为了在制造、保质期和给药期间维持pH，许多配方中包含缓冲剂。有多个综述涵盖了药品和生物药品的酸碱关系、pH和缓冲剂的各个方面。Flynn为注射剂型提供了该主题的出色概述（注意该论文中柠檬酸的pKa存在打字错误），而最近的综述则涉及蛋白质配方中缓冲剂的使用。后者的论文结合了缓冲剂的一般性质描述（例如，缓冲容量、pKa和典型药品缓冲剂的pH温度依赖性）以及缓冲剂对各种蛋白质的稳定化和不稳定化作用的多个例子。目标pH范围内的缓冲容量和缓冲剂催化潜力是缓冲剂选择的主要考虑因素。在一般缓冲剂催化情况下，缓冲剂类型和浓度都可能对降解速率产生显著影响。缓冲容量要求通常通过选择pKa在目标pH一个单位内的缓冲剂来满足。对于冷冻和冷冻干燥形式，目标pH和缓冲剂的选择存在额外的限制。根据多项原始研究和综述，对冷冻干燥缓冲剂和pH主题的当前理解可以总结如下： • 冷冻干燥产品引入了缓冲剂选择的额外考虑因素，包括缓冲剂的结晶行为、冷冻浓缩溶液的塌陷温度、干燥配方的玻璃化转变温度Tg以及在真空中缓冲剂组分的挥发性。 • 冷冻期间pH变化的主要机制包括缓冲剂电离常数的温度依赖性，pKa（例如，对于三羟甲基氨基甲烷和组氨酸缓冲剂）以及缓冲剂组分的结晶。磷酸钠是最著名的可结晶缓冲剂的例子，同时也有报道组氨酸和琥珀酸缓冲剂的结晶。其他缓冲剂，例如醋酸盐和三羟甲基氨基甲烷，通常被认为在代表性的冻融条件下不会结晶。柠檬酸钠缓冲剂也被认为是非结晶的，尽管也有不同的观点。初始pH和缓冲剂浓度可能会影响缓冲剂结晶和冷冻期间的pH变化，通常较高浓度与较高的结晶风险相关。 • 缓冲剂组分的结晶和相应的pH变化可以通过其他溶质的存在来减少/防止。无论是无定形（例如，蔗糖）还是结晶（例如，甘露醇）溶质都可以干扰缓冲剂结晶。较高的溶质/缓冲剂重量比通常与更有效的结晶抑制相关。另一种成功减轻冷冻诱导的酸度变化的方法是混合具有相反冷冻诱导酸化倾向的缓冲剂，例如，将Good's缓冲剂（HEPES、MOPS和MES）之一与钠或钾磷酸盐缓冲剂混合。 • 冷冻诱导的pH变化可以在冻融和冷冻干燥/复溶期间使蛋白质不稳定，如在中报道的。此外，冷冻诱导的酸度变化可能会促进小分子的化学反应，例如二甲胺的N-亚硝化反应、从各种前体产生分子碘以及Cr(VI)的还原。 • 无定形缓冲剂的玻璃化转变温度Tg既取决于缓冲剂类型也取决于对离子。例如，报道了乳酸的Tg为-60°C，而另一种羧酸，酒石酸，具有更高的Tg为16°C。对离子浓度的增加也可以对Tg产生重大影响，如在柠檬酸缓冲剂中观察到的，分别报道了柠檬酸、单钠柠檬酸和二钠柠檬酸的Tg值为11°C、69°C和115°C。因此，缓冲剂可以是塑化剂或抗塑化剂，这取决于缓冲剂类型和酸性/碱性物种的比例。 • 在冷冻溶液中，Tg'事件，通常被认为是最大冷冻浓缩溶液的玻璃化转变温度，取决于缓冲剂酸/碱比例，因此也取决于pH；例如，对于柠檬酸钠缓冲剂，Tg'随着pH从-50°C（pH 2.5）增加到-35°C（pH 4），然后当pH超过5.5时降低到低于-40°C。 • 含有醋酸盐、碳酸盐、氨和HCl的缓冲剂被认为是挥发性的，这些缓冲剂的组分可能在冷冻干燥过程中被移除（至少部分），导致复溶后溶液中测量到的pH偏移。 • 如果蛋白质以足够高的浓度存在，它们可以作为缓冲剂。在这种情况下，可以通过不在配方中包含缓冲剂来简化配方和制造过程。在本章中，我们关注几个在药品文献中未充分涉及的领域，使用已发表的研究和以前展示过（但未发表）的数据。特别是，涵盖了以下主题： • 第2节。Hammett酸度函数和pHeq。 • 第3节。影响冻干品表观固态酸性的因素。 • 第4节。固态酸性和冻干品的化学不稳定性。 • 第5节。冷冻基础：准液体层、冷冻浓缩、极性和Workman-Reynolds电位。主要观察结果总结在结论（第6节）中，该部分还为该领域的未来研究提供了一个简要概述。 2.Hammett酸度函数和pHeq 热力学质子活性（aH+）尺度，–logaH+ = pH，对于稀水溶液容易获取。为了定量描述其他系统中的酸碱关系，Hammett提出了基于探针分子（pH指示剂）电离的酸度函数（方程1） 其中 C 是指示剂浓度，下标 “p” 和 “d” 分别指代质子化和去质子化的指示剂物种，Ka 是指示剂在稀水溶液中的电离常数。下标 “x” 对应于给定探针分子的基本形式的电荷。原始的 Hammett 指示剂在基本形式下电荷为零，相应的 Hammett 酸度函数表示为 H0 (x = 0)。对于通常用于药用材料的磺酞菁 pH 指示剂，x 通常等于 -2（因此为 H2-）。要计算 Hx，需要将探针分子添加到感兴趣的系统中，并实验测量探针分子的质子化和去质子化物种浓度比。Hammett 酸度函数最初被引入用于表达浓酸溶液的酸度，并被扩展到其他系统，包括强碱的水溶液、非水溶液和固体表面。请注意，Hammett 酸度并不代表质子活性，其数值可能依赖于用于测量的探针分子类型。为了说明这一点，图 1 提供了使用两种类型的探针分子，N,N′-二乙基-甲苯胺 (H0) 和对硝基苯酚 (H-) 在水/乙醇混合物中测量的 Hammett 酸度函数。例如，对于 80% 的乙醇，H0 大约为 8.5，而相同溶液中 H- 的值大约为 5.5。 图 1 含 4 mM 三乙醇胺氯化铵和 2 mM 三乙醇胺的乙醇-水溶液中的酸度函数。pH = -log aH；aH 是质子活度。γCl 是 Cl⁻ 的活度系数。H0 和 H⁻ 分别指使用不同指示剂的 Hammett 酸度函数。H0 指示剂：N,N′-二乙基甲苯胺（黄色）；H⁻ 指示剂：对硝基苯酚（绿色）。 此图还说明了另外两点。首先，表观酸度强烈依赖于水的浓度。因此，在冷冻浓缩过程中水含量的大幅减少可能会导致酸度的大幅变化，即使在没有缓冲结晶和与温度相关的 pKa 变化的情况下也是如此。其次，图 1 包含了四个酸度标度，pH、p(aHγHCl) 以及两个 Hammett 酸度标度，H0 和 H-，随着水浓度的降低显示出不同的趋势。为了强调后一点，Paul 和 Long 写道：“……没有单一的、独特的酸度良好测量方法。有多种方法，任何偏好都取决于诸如测量的便利性和最终应用等因素”。Hammett 酸度函数概念在固体药用系统中的首次应用可以追溯到 20 世纪 90 年代，当时使用常见的 pH 指示剂和紫外/可见漫反射光谱 (DRS) 测量了常见药用辅料的表面酸度。在这些出版物中，表面酸度以 pH 当量 (pHeq) 表示，其定义为具有与固体样品中指示剂相同电离程度的溶液的 pH。常见 pH 指示剂和紫外/可见漫反射光谱 (DRS) 对于冷冻溶液和冷冻干燥制剂的应用分别首次在中被报道。请注意，pH 指示剂以前曾被用来基于在冷冻过程中颜色变化的视觉观察来评估冷冻引起的 pH 变化。这种对酸度变化的视觉（半定量）评估也可以在冷冻干燥过程中使用单独的 pH 指示剂或它们的混合物进行。在文中描述了用于冷冻干燥制剂的 Hammett 酸度函数的测定方法。在此方法中，磺酞菁染料分子（pH 指示剂）与感兴趣的制剂共同冷冻干燥，并使用漫反射光谱测量冷冻干燥样品的可见吸收光谱。图 2 提供了冷冻干燥前溶液和得到的冻干物的可见吸收光谱示例。溶液光谱有两个峰值，分别对应于指示剂的去质子化和质子化物种；随着 pH 的增加，去质子化指示剂的峰值以质子化物种为代价而增长。从不同 pH 的溶液制备的冷冻干燥样品中观察到相同趋势。使用 DRS 结果根据方程 1 计算 Hammett 酸度函数，方程 1 中的 Cd/Cp 值使用方程 2 确定。 图 2 (a) 溴酚蓝溶液（25 mg/mL）在柠檬酸缓冲液中，pH 值从 2.57 到 5.14 的可见光谱。(b) 含有溴酚蓝的海藻糖-柠檬酸冻干品的漫反射光谱，这些冻干品是通过冷冻干燥缓冲至 pH 值从 2.27 到 6.66 的溶液获得的。信号已标准化，以便直接比较光谱。 其中 F(R) 是 Kubelka-Munk 函数，而 ?′p∕?′d 是 pH 指示剂（质子化和去质子化）两种物种的消光系数比。在使用 pH 指示剂测量冷冻溶液和冻干物中的 pHeq 或 Hammett 酸度函数时，应考虑以下几点： • 任何特定的探针分子只能覆盖狭窄的酸度范围，可能需要几种具有不同 pKa 值的指示剂来测量不同制剂的酸碱性质。 • 只要质子化和未质子化指示剂物种在固态中的消光系数比与溶液中相似，Hammett 酸度在数值上与 pHeq 值相同。pHeq/Hx 值可能取决于所用的探针分子。例如，使用不同的磺酞菁指示剂测量时，同一种材料的 H2- 值相差 0.1–0.5 个单位。在另一项研究中，观察到溴甲酚绿和氯酚红之间的 H2- 差异甚至高达 0.85。 • 指示剂和缓冲液的 pKa 都会随着水分含量的变化而变化，因为介质的介电常数发生了变化。水的结晶（冰的形成）导致与冰晶共存的溶液中水浓度显著降低，由于溶质浓度的增加，极性相应降低。例如，在蔗糖-水体系中，10 wt% 溶液在 25 °C 时的介电常数为 76.2，而最大冷冻浓缩溶液（蔗糖浓度约为 80 wt%）估计在 25 °C 时的介电常数约为 51（使用中的数据进行图形外推）。在第 5 节中还将讨论冷冻浓缩溶液极性的降低。介电常数的降低可能导致 pKa 的重大变化；例如，随着极性的降低，醋酸的表观 pKa 显著增加，从水中的 4.76（介电常数 78.3）增加到乙醇中的 10.32（介电常数 24.3）。因此，观察到的柠檬酸缓冲液的 pH 移动可能归因于冷冻浓缩效应，而不是缓冲液结晶；冷冻浓缩可能导致 COOH 基团的 pKa 发生显著变化，从而导致冷冻诱导的 pH 变化。这种与介质相关的 pKa 变化在不同官能团之间是不同的；例如，氨基（-NH3+/ -NH2 平衡）的 pKa 对溶剂介电常数的变化远不如羧基敏感。 • 据报道，在有机溶剂浓度增加的混合溶剂中，磺酞菁指示剂的表观 pKa 显著增加。例如，在丙酮-水混合物中，随着水分含量从 84 降低到 10 wt%，溴甲酚绿的 pKa 从 5.4 增加了大约 4 个单位，达到 9.5 。为了补偿由于水分含量降低导致的磺酞菁探针分子 pKa 的变化，建议使用混合溶剂（含 25% 异丙醇的水）中的 pKa 值来计算 pH 指示剂的表观酸度。尽管从一般角度来看这可能是一个合理的方法，但实际应用这种方法是复杂的，因为它需要不同的混合溶剂来匹配不同制剂的介电性质和极性。 • 依赖于特定类型的指示剂（即 2-/-（碱/酸）电荷类型的磺酞菁）可能不够；例如，见图 1，该图显示了 H0 与 H- Hammett 酸度函数随水分含量的表观酸度趋势相反。作为替代探针分子，已评估了羧酸，其电荷类型为 -/0（碱/酸）。只要使用 13C 丰富的羧酸，就可以使用 13C NMR 来测量这些分子的质子化程度。使用琥珀酸（SA）作为探针分子的固态 13C NMR 研究的初步结果在图 3、4 和 5 以及表 1 中呈现，如下所述。 图 3 显示了琥珀酸和琥珀酸钠盐的羰基区域的 13C SSNMR 谱图（未经冷冻干燥）。质子化和去质子化羰基碳的峰位置存在差异，这意味着可以在固态中测量电离。图 3 还显示单钠琥珀酸盐有两个峰；因此，与三种琥珀酸物种相关的总共有四个峰。制备了含有海藻糖（10%）和 13C-SA（0.01%）的冷冻干燥制剂，并使用三种不同的缓冲液（175 mM）：柠檬酸钠、磷酸氢二钠或磷酸二氢钾。在 pH 5.5 时制备制剂，然后使用 NaOH 调整至所需的 pH 值（5.75、6.00、6.25 和 6.50）。溶液中还含有溴甲酚紫，用于通过颜色变化的视觉评估作为表观酸度的正交半定量测试。图 4 显示了冷冻干燥柠檬酸制剂的 13C SSNMR 谱图，实验谱图拟合到羰基区域的两个峰。简化的（即使用两个峰）拟合方法对于柠檬酸样品似乎是足够的。使用拟合结果计算 pHeq，结果在表 1 中呈现。冻干制剂的 pHeq 呈现出与预冷冻干燥溶液 pH 的趋势。pHeq 值略低于预冷冻干燥溶液 pH，表明在冷冻干燥过程中有轻微的酸性移动。使用 pH 指示剂观察到相同的趋势，从溶液到冻干样品的颜色变化显示出酸性移动。对于海藻糖/磷酸盐制剂，使用 2 峰方法拟合是不足够的，需要所有 4 个峰才能获得合理的拟合（图 5）；这种复杂性可能会增加 pHeq 计算的不确定性。为了消除多种物种存在相关的不确定性，可以使用具有单个可电离基团的羧酸探针，如丁酸。使用不同的探针分子和不同的方法来检测质子化程度将增加对冻干制剂表观酸度实证测量的信心。 图 3 三种形态的琥珀酸的 13C 固态核磁共振（SSNMR）谱，为接收时的原始形态。 图 4（左）海藻糖/柠檬酸冻干品在羰基区域的 13C 固态核磁共振（SSNMR）谱，采用 2 峰拟合方法进行拟合；残差以蓝色显示。（右）装有 pH 指示剂的试管照片，显示预冻干溶液（顶部）和冻干品（底部）；pH 值从左侧（pH 5.5）开始，以 0.25 的间隔逐渐增加至右侧。 图 5 海藻糖/磷酸盐 pH 5.75 冻干品在羰基区域的 13C 固态核磁共振（SSNMR）谱。还显示了采用 4 峰拟合方法的拟合结果。 3.影响冻干物表观固态酸度的因素 如第 2 节所述，固态酸度是通过测量探针分子的电离来量化的，可以表示为 pHeq 或 Hammett 酸度函数。影响冻干材料固态酸度的主要因素如下： • 预冷冻干燥溶液 pH 对冻干材料的表观酸度有重大影响。当其他因素（缓冲液类型、其他溶质的类型和浓度）保持不变时，已报告预冷冻溶液 pH 与 H2- 之间的线性相关性。 • 除了预冷冻溶液 pH 之外，辅料（例如，冻干保护剂和填充剂）也可能对冻干物的表观酸度产生影响。一些辅料与表观酸度的较大移动相关。一个突出的例子是右旋糖酐，与二糖蔗糖和乳糖相比，其在冻干状态下的酸度（即 H2- 值）显著更高。另一方面，PVP 比蔗糖、乳糖和右旋糖酐具有相对更高的碱性。 • 与柠檬酸相比，含有磷酸氢二钠的制剂在冷冻干燥过程中具有更大的酸性移动，即使在缓冲液浓度相对较低且存在非晶态溶质的情况下，缓冲液结晶不太可能发生。固态酸度还可能取决于缓冲液浓度，如下所述。 • 糖类，如海藻糖，可以减少在冷冻干燥过程中的电离变化。这一观察结果导致了关于糖类通过最小化干燥过程中蛋白质可电离基团的电离破坏来稳定蛋白质的额外冻干保护机制的假设。 • 仅确定冻干物的‘酸度’可能不足以全面评估特定制剂冷冻干燥过程中的酸碱应力。观察到，当初始（预冷冻干燥）溶液 pH 值为 5–9 时，冻干的钠和钾磷酸盐制剂的酸度高于起始溶液（即 Hx 更低，相差 1–3 个单位）。然而，在冷冻状态下 Hx 的降低要明显得多（相差 3 到 7 个单位）。因此，监测冷冻和冻干制剂中的酸度变化对于全面了解冷冻干燥过程中的潜在不稳定应力至关重要。 • 尽管冷冻干燥可能导致探针分子的电离发生重大变化，但在干燥状态下缓冲液（例如，组氨酸或柠檬酸）的电离通常与干燥前初始溶液中的电离相似。基于此类观察，已有人建议在溶液转化为干燥材料时，pKa 或 pH 不会发生变化。然而，也指出，缓冲液电离的明显不变并不一定意味着酸度没有变化。具体来说，如果反离子的浓度显著高于质子的浓度，电离程度将主要由反离子（例如，钠阳离子）决定；缓冲液的酸性/碱性形式的比例在冷冻和冷冻干燥过程中不会改变。• 探针分子的电离状态（因此固态酸度）在冷冻阶段不是固定的。在对非晶态冻干海藻糖/柠檬酸混合物的研究中，观察到随着在不同相对湿度（RH）环境中平衡冻干材料，水分含量增加，探针分子的电离程度增加，相应的酸度降低。在随后的一项研究中，这一报告得到了证实和扩展，该研究调查了水分吸附和解吸对 Hammett 酸度函数的影响。该研究还涉及了缓冲液浓度与固态酸度之间的关系，该研究在其他地方呈现，并在下面详细描述。 含有海藻糖（10% w/v 的海藻糖二水合物）、柠檬酸钠缓冲液（0–100 mM）和溴甲酚绿（BG）指示剂（20μg/ml 对应于 0.028 mM）的水溶液在 Virtis Advantage 冷冻干燥机中进行冷冻干燥。[Na+]：[总柠檬酸]的摩尔比固定为 2.13。通过差示扫描量热法（DSC）确定无水干燥物的玻璃化转变温度（Tg）从无缓冲液时的 394 K 降低到含有 0.18 质量分数柠檬酸缓冲液时的 387 K。利用可见漫反射光谱（DRS）测量了 BG 在溶液和干燥物中的离子化状态。图 6 比较了溶液的 DRS 谱与冷冻干燥样品的谱，而图 7 显示了指示剂的离子化状态、溶液 pH 值和 Hammett 酸度作为柠檬酸缓冲液浓度的函数。图 6 和图 7 表明，在较高缓冲液浓度存在时，冷冻干燥引起的离子化和酸度变化更为显著。尽管尚未建立这种观察的物理机制，但这些数据可能指向柠檬酸缓冲液的酸性成分（-COOH 基团）作为质子的主要来源：缓冲液浓度越高 = 质子向指示剂分子的转移程度越大，导致指示剂分子的质子化程度越高，相应的 Hammett 酸度函数越低（即，基质的酸性越高）。这种描述与溶液中化学反应的一般缓冲催化类似。这些结果的实际意义是，即使缓冲液保持非晶态，羧酸缓冲液的存在也可能导致比无缓冲液配方更高的表观酸性；因此，如果活性成分对酸敏感，则添加缓冲液可能是不希望的。 图 6 预冻干海藻糖/柠檬酸溶液及其对应的冻干无定形固体的可见光谱。（a）含溴甲酚绿的预冻干溶液；通过调整 pH 值使溴甲酚绿完全处于未电离（HIn⁻）或完全电离（In²⁻）状态。（b）含溴甲酚绿的冻干品；这些冻干品是从 pH 调整至 2 和 8 的溶液中获得的，分别生成完全质子化和去质子化的形式。溶液中含有 20 mg/mL 的 BG，海藻糖（以二水合物计 10% w/v）和 20 mM 柠檬酸。（c）含有不同浓度柠檬酸缓冲液的预冻干溶液，[Na⁺]:[总柠檬酸] 比例为 2.13，以及（d）从图 6c 中的溶液中获得的冻干品。 图 7（上）溴甲酚绿指示剂在预冻干溶液中、在冻干品中以及在重新水化后的冻干品中的电离。（下）预冻干溶液的 pH 值和冻干样品的 Hammett 酸度函数作为柠檬酸缓冲液浓度的函数。请注意，电离形式显示出在约 400 nm（图 6a，b）处有最大吸收峰。因此，对于电离程度适中的样品，在未电离形式的最大波长处测量的信号将同时包含电离和未电离物种的贡献，且随着电离程度的增加，低波长峰将更接近 400 nm。为了计算电离程度和 H−2 值，443 nm 处的信号被校正以减去该波长处 In−2 的贡献，从而得到可归因于HIn 的信号。 为了研究水分吸附/解吸对固态酸度的影响，含有 BG 指示剂的海藻糖-柠檬酸干燥物在不同相对湿度（RH）（11–33%）下达到平衡，然后通过 DRS 测试平衡后的样品。通过卡尔费休滴定法确定水分含量；对水合样品进行粉末 X 射线衍射（PXRD）分析，确认材料保持非晶态。在不同 RH 下平衡后的样品再次脱水，要么在无水硫酸钙上，要么在真空中；脱水后的水分含量也进行了测定。图 8 提供了再水合后的漫反射光谱示例，图 8 和图 9 展示了从再水合/脱水实验中 BG 的 % 离子化数据。 图 8 上面板：从非缓冲预冻干溶液中获得的海藻糖-溴甲酚绿冻干品在不同水分含量下的漫反射可见光谱。下面板：水分吸附与解吸对无定形海藻糖基质中溴甲酚绿电离的影响。菱形代表在室温下，相对湿度（RH）从 0% 到 33% 条件下储存的冻干无定形样品。正方形代表在吸附后通过在无水硫酸钙（0% RH）上储存进行解吸的样品。三角形代表在冷冻干燥机中减压干燥的样品。虚线箭头表示解吸路径。每个数据点是多次测量的平均值，标准偏差小于图例的大小。 图 9 水分吸附与解吸对从不同柠檬酸浓度的预冻干溶液中获得的无定形海藻糖-柠檬酸基质中溴甲酚绿电离的影响。每个数据点是多次测量的平均值，垂直误差条（标准偏差）小于图例的大小。菱形代表在室温下，相对湿度（RH）从 0% 到 33% 条件下储存的冻干无定形样品。正方形代表在吸附后通过在无水硫酸钙（0% RH）上储存进行解吸的样品。三角形代表在冷冻干燥机中减压干燥的样品。线条作为视觉引导提供。虚线箭头表示解吸路径。在四个样品（在硫酸钙上解吸）中，在解吸过程中观察到最小变化或电离的轻微增加，与大多数情况相反；有可能这四个样品代表了 DRS 测量中的伪影，在测量过程中样品暴露于环境 RH。 干燥物对水分的吸附导致所有样品中探针分子的离子化增加（即，固态酸度降低，H2- 增加）。随后的水分解吸在大多数情况下部分逆转了吸附产生的变化。水合/脱水数据显示滞后现象；这种滞后行为可能反映了玻璃态的非平衡性质，并可能表明水分去除的动力学比质子化/去质子化过程的速度更快。考虑到溶液中的质子转移反应是最快的反应之一，这是一个有趣的可能性。因此，后续研究有必要研究水合/再水合过程中离子化变化的动力学。 4.固态酸度与冷冻干燥配方稳定性之间的相关性 溶液在冷冻干燥前的 pH 值是一个重要的配方变量，因为它可能对所得材料的稳定性产生重大影响。然而，当以预冷冻干燥溶液 pH 为函数呈现固态降解时，脱水状态下的稳定性并不总是与溶液中的 pH 依赖性平行，表明溶液中的 pH-稳定性关系知识可能不足以预测会产生最大固态稳定性的冷冻干燥配方的溶液 pH。例如，已经表明，从具有相同 pH & 缓冲液但不同填充剂的溶液中产生的冷冻干燥配方在酸催化化学降解速率上可以有显著差异。在这些研究中，控制了残留水分含量、结晶性和分子流动性等常见的稳定性相关因素，并表明这些属性不能解释不同配方之间的化学稳定性差异。在这些和其他几项研究中，稳定性与表观固态酸度（表示为 pHeq 或 Hammett 酸度函数）之间的相关性得到了证明，如表 2 所总结。还有关于粉末物理混合物中表面酸度与化学反应性之间关系的研究；这些研究在其他地方描述，并未包含在表 2 中。 在讨论冷冻干燥配方中酸/碱敏感化合物的稳定性时，需要考虑以下几点：(i) 表 2 提供了固态 Hammett 酸度函数与各种冷冻干燥配方中几种化合物的化学不稳定性之间相关性的示例。如表所示，酸度与反应速率之间的依赖关系中的系数符号（+ 或 –）在溶液和固态中是相同的。因此，溶液中的 pH 稳定性概况知识和固态 Hammett 酸度函数的确定可以用来预测不同配方之间对于酸/碱敏感活性成分的稳定性排名顺序。(ii) 当确定 log k 与 H2- 的关系时，log k 与 pH 的斜率低于溶液中相同反应的斜率。例如，对于蔗糖转化反应，观察到的斜率约为 0.5，这显著低于理论斜率 1。对于共轭酸的单分子分解作为速率决定步骤的反应（如蔗糖转化中的质子化蔗糖分子），斜率应等于 1，这确实在各种液体基质中的蔗糖转化中观察到。Hammett 酸度函数不代表通用酸度尺度，因为它还取决于指示剂类型（见前一节）。因此，Hammett 酸度函数应被视为干燥物的实证固态酸度尺度，它不是质子活性的真实度量。从实际角度来看，溶液 pH 稳定性概况虽然对于理解冷冻干燥配方的趋势和稳定性排名顺序（见前一点）是相关的，但不能用于定量外推 Hammett 酸度函数与固态稳定性之间的关系。(iii) 除了 Hammett 酸度函数外，还有多种酸度尺度。使用溶剂变色探针分子评估相对酸度/碱度在下一节中简要描述。另一个例子是，使用蔗糖转化的速率来研究溶液中的酸-碱关系已有报道。同样，不同冷冻干燥配方的固态酸度也可以使用蔗糖转化的速率来表示，或者使用另一种特征良好的酸催化化学反应，如中提出的，至少对于 H2- < 4 的冷冻干燥配方是这样。(iv) 在冷冻干燥过程中去除水分（通过冷冻浓缩和随后的干燥）以及相应环境极性的降低可能导致可电离基团的 pKa 发生显著变化，这将导致质子化程度的变化。对于蛋白质药物，这种变化可能会破坏静电相互作用并破坏高阶结构。小分子药物的稳定性也可能对 pKa 变化和相应分子电离程度的变化敏感，因为许多化学反应的速率取决于电离状态；例如，sertraline 的非电离形式发生了氧化，而同一分子的带电形式在溶液和固态中都是稳定的。(v) 从溶液到固态的主要降解机制可能会发生变化。例如，由于缓冲液浓度的大幅增加，一般缓冲催化在冷冻干燥材料中可能会增强。在文中描述了一个冻干材料的一般酸催化的潜在例子，其中在更高的柠檬酸/蔗糖比例下，冻干柠檬酸/蔗糖混合物中蔗糖转化速率的增加直接与柠檬酸的质子供体 -COOH 基团的更高浓度有关。(vi) 由于水分去除导致盐浓度增加，盐效应在冷冻干燥配方的稳定性中可能发挥重要作用。文献中报道了中性盐对冻干蛋白配方的稳定化和不稳定化作用。例如，观察到 NaCl 减少了冻干牛血清白蛋白（BSA）、重组人源白蛋白（rHA）、破伤风和白喉类毒素的聚集，以及提高了冻干重组因子 VIII 的稳定性。另一方面，NaCl 通过加速化学降解和在冻干状态下失去活性来使人类生长激素和因子 VIII 不稳定。还应该提到的是，中性盐对冻干蛋白的稳定化/不稳定化机制尚未建立，如在中所述：“... 不清楚为什么稳定性更好（没有 NaCl）”。此外，与蛋白质相比，中性盐在小分子药物冻干配方稳定性中的作用研究得更少。在一个研究中，报道了在 NaCl 存在下冻干状态下蔗糖转化的加速，尽管盐的影响机制未被讨论。总体而言，尽管缓冲盐对冻干配方的物理化学属性和稳定性的影响机制已经得到了一些详细的阐述，但中性盐在冻干配方稳定性中的影响机制研究缺乏。为填补这一空白，本节简要讨论中性盐在冻干配方化学稳定性中的作用，使用蔗糖转化的模型反应。 作为溶液中盐效应的简要理论介绍，注意中性盐可以通过两种机制影响化学反应性，主要盐效应和次要盐效应。通过反应物和过渡态的活度系数比对反应速率常数的影响定义为主要盐效应。次要盐效应是在涉及预平衡步骤的连续反应中观察到的（例如，酸-碱平衡中的质子转移）。在这样的连续过程中，盐可以通过改变预平衡步骤中涉及的反应物种的平衡浓度或活度（例如，在蔗糖转化中，第一步是质子转移到蔗糖；在这种情况下是质子活度）来影响反应速率；这被称为次要盐效应。 对于溶液中的蔗糖转化，主要和次要盐效应已通过 Setchenow 型关系描述 ，可以表示为： 其中k是蔗糖转化反应速率常数，cj是溶液中阴离子的浓度，Bj是由阴离子决定的常数，n=1是log10⁡k与 pH 的斜率（对于特定酸催化的反应，斜率为 1），B1是依赖于温度和介质属性的常数。据报道，对于几种不同的阴离子，Bj值大约为 0.3。在方程 (3) 中，第一项描述了次要盐效应（即，盐影响质子活性，因此改变蔗糖转化反应的第一步，即蔗糖分子的质子化），第二项描述了主要盐效应。由于主要盐效应（通过反应物和过渡态的活度系数比），溶液中的蔗糖转化反应被中性盐加速，次要盐效应（盐对酸-碱关系的影响）在某些情况下也起着重要作用。 下面描述了对冻干状态下质子催化的蔗糖转化速率的盐效应研究，即，糖苷键的断裂导致单糖和单糖阳离子的形成。样品是通过冷冻干燥含有蔗糖（10 mg/ml）、右旋糖酐（100 mg/ml）、盐（0–50 mM，氯化钠、氯化钾、硫酸钠或硫酸钾）和 50 mM 柠檬酸钠缓冲液（pH 2.64）的水溶液制备的。填充体积为每瓶 3 mL，使用 10 ml I 型玻璃瓶和 Daikyo D-777 灰色丁基塞，带有 FluroTec1 涂层。所有干燥物均为 X 射线非晶态，具有相似的水分含量（0.2–0.6 w/w）和玻璃化转变温度（173–180 °C）。为了区分主要和次要盐效应，通过测量共干燥的溴百里酚蓝的离子化程度，使用漫反射-可见光谱法确定干燥物的表观固态酸度（表示为 Hammett 酸度函数， H2−）；H2−的结果如图 10 所示。稳定性研究在 60 °C 下进行，数据在 750 小时内收集了 8 个时间点。通过带有折光指数检测器的高效液相色谱（HPLC）测量蔗糖转化的程度。动力学数据使用零级、一级和时间平方根模型进行拟合。尽管时间平方根模型似乎最适合描述数据，但以下分析使用伪一级模型进行，以便于与以前关于干燥物中蔗糖转化的研究进行比较。一级速率常数如图 11 所示，作为盐浓度的函数。降解速率常数随盐浓度增加而增加，在含有氯化盐的配方中观察到更高的降解速率。虽然阴离子类型似乎对反应速率有明显影响，但阳离子类型对降解速率没有显著影响，在使用 K 或 Na 盐制备的干燥物中降解速率相似。如图 10 所示，含有氯化盐的干燥物的 Hammett 酸度函数（即，酸性更高）低于含有硫酸盐的干燥物，这与更高的反应速率（图 11）一致。 为了确定主要盐效应是否对冻干配方中蔗糖转化的盐影响有贡献，方程 3 被修改如下： 图 10 盐对葡聚糖/柠檬酸/蔗糖冻干品中 Hammett 酸度函数的影响。线条代表 NaCl 和 Na₂SO₄数据点的线性回归，并作为视觉引导显示。 图 11 冻干品中蔗糖转化的伪一级速率常数作为中性盐浓度的函数在 60°C 下。冻干品中的摩尔盐浓度，CA，使用以下方程计算：CA=CAL×DB，其中 CAL 是预冻干溶液中的摩尔盐浓度，B 是预冻干溶液中的固体含量（g/L），D（g/L）是冻干品的密度。对于冻干品的密度，我们使用D=1.0g/cm3，因为本研究中冻干品的主要成分葡聚糖的真实密度被报道为 1.02 g/cm³。 其中 H−2 和 H_2^-_0 分别是有盐和无盐时的哈梅特酸度函数，k0 是无盐时的反应速率常数，CA 是亲水相中的摩尔盐浓度，BA 是一个常数，而 N=0.5 是 log⁡k 对 H−2 的斜率。需要注意的是，方程 4 中的 N 是一个经验系数，它描述了哈梅特酸度与固体状态下蔗糖转化速率之间的关系，而在溶液中（方程 3），质子活性直接由 pH 表示，n 等于 1，因为对于任何具有特定酸催化的反应都应该是这样。为了探究表观酸度的偏移是否可以定量地解释氯化物和硫酸盐之间化学反应活性的差异，图 12 显示了方程 4 的坐标图，表示 (\log_{10}(k/k_0) + 0.5(H_2^- – H_2^-_0)) 作为 BACA 的函数。 图 12 显示，尽管氯化物和硫酸盐之间的差异减小了，但并未消除，这意味着原生和次生盐效应在固体状态下的蔗糖转化中都起着显著作用。此外，还应注意图 12 中的图表明显偏离了线性关系。这种偏离线性的现象在溶液中高离子强度的不同反应中常有报道，盐效应在高盐浓度下会减小甚至消除。如果盐不是完全电离的，而是形成离子对或更复杂的聚集体，就像在低水分含量的糖玻璃中可能的情况一样，就可以预期非线性。 5.冷冻基础：准液体层、冷冻浓缩、极性以及 Workman-Reynolds 电位有许多关于水系统在零下温度行为的出版物；冷冻水系统的主要基础涵盖在其中，而 pH 和酸碱关系在引言部分简要总结。 图 12 调整后的蔗糖转化速率常数，log10⁡k/k0+0.5×(H−2−H−20)（方程 4），作为冻干品中盐浓度的函数。k 和 k0 分别是有盐和无盐冻干品的一级速率常数。误差条表示函数 F=log10⁡k/k0+0.5×(H−2−H−20) 的标准偏差，σG。标准偏差是根据 k，k0，H−20 和 H−2 值的不确定性（σi）使用以下方程确定的： 在这里，我们想讨论一些在药学文献中鲜有关注的现象，但这些现象对于更好地理解冰和酸碱关系在冷冻过程中的作用仍然很重要。水是一种异常通用的溶剂：对于极性化合物很好，对于非极性化合物也还可以。在这方面，冰与水形成鲜明对比；它无法以可测量的方式溶解许多化合物，这导致大多数化学化合物被排挤到冰粒边界。这是冻结后大多数溶质将被发现的相。由于冰的沉淀，化合物将经历浓度增加，这一事实使这个相得名“冷冻浓缩溶液”，通常缩写为 FCS。除了 FCS，冰晶表面还有一个非晶层，即使在纯水中，它也存在于冰的熔点以下，被称为准液体层，QLL（也称为类液体层）。该层的厚度估计差异很大，从几埃到高达一微米。基于对纯冰样品的差示扫描量热法（DSC）研究，有人提出纯水中液体层的比例在远低于 0°C 的温度下（高达 -50°C）约为 1.5% 。结合 FCS 和 QLL 概念，最近有提议称在典型的冷冻药学相关溶液中有两个非晶区域，它们根据与冰晶表面的接近程度来定义。虽然对这两个区域的实验探测将是一个主要的实验挑战，但使用探针分子可能是获取 FCS 和/或 QLL 物理性质信息的合理方法。使用水中的低浓度亚甲蓝，基于紫外-可见光谱学，估计在分子水平上的浓度增加在快速（77 K）和慢速（253 K）冷却时分别为 1000 倍和 1000000 倍。对于溶液中以类似浓度存在的酸，也可以预期有类似的浓度增加，从而导致酸度增加。对于 HCl、H2SO4、HNO3 和对甲苯磺酸，观察到约 1000 倍的酸度增加，从而使原始 pH 4 的酸度通过冷冻变为对应于 pH 1 的酸度。冷冻会导致活性成分的微环境发生重大变化，包括浓度、粘度、酸度和极性。应用分光光度法通过八种溶剂变色分子评估 FCS 的极性。该方法基于多参数线性溶剂化能方程。每种分子在不同程度上对环境的氢键供体（α）或受体（β）能力和极性（π*）敏感。α 和 β 参数分别反映介质的相对酸性和碱性。另一个特征参数是从 Reichards 染料衍生的 ET(N)。ET(N) 与上述三个参数之间的关系在其他地方有描述。然后通过分析紫外-可见光谱来估计 FCS 的参数（在二元水 - 染料混合物中），总结在表 3 中。 FCS 似乎是一个 largely nonpolar 环境，其 π* 接近零，类似于环己烷的极性。ET(N) 的显著降低，也反映了介质的相对极性，与 π* 值的主要降低一致。值得注意的是，这种低极性可能是由于冰中空气气泡的存在；注意，在冷冻过程中空气气泡的形成可能代表生物制药的额外不稳定途径。同时，与水相比，FCS 中的氢键供体和受体能力得到增强。需要注意的是，分析无法区分探针分子与冰和在 QLL 和 FCS 内的相互作用。有趣的是，测量数据还表明指示剂的不均匀性。光谱常常显示出两个最大值，可以解释为探针分子的两个特征相互作用或结合位点。这项研究的结果表明，在冷冻过程中微环境发生了重大变化；如果这些变化也发生在生物制药系统中，可以通过微环境对蛋白质分子造成重大压力。例如，极性（π*）的显著降低可能有利于蛋白质的疏水区域暴露，导致展开，而酸度和碱度（α 和 β）的显著变化可能引发涉及质子转移的化学反应，如脱酰胺。除了由浓度效应和部分溶质结晶引起的酸度变化外，我们还想强调另一种机制的存在，这种机制在药学领域尚未广泛讨论。该机制与 Workman-Reynolds 冷冻电位有关，这一现象首次在 20 世纪 40 年代观察到。在盐溶液冷冻过程中形成电位的机制原因在于离子并入冰晶格的不同倾向。离子的尺寸和电荷在它们并入冰晶格中起决定性作用；这可以通过两种方式之一发生：要么通过替代水分子，要么通过占据六角晶格中的间隙位置。前者主要适用于小离子（NH4+、F-、Cl-），而较大的离子则符合后者（Na+、K+）。然而，只有一小部分离子并入冰晶格，而大多数离子最终进入 FCS。让我们考虑两个通过选择性离子并入导致酸度变化的冷冻示例：NaCl 和 NH4Cl，如图 13 所示。在 NaCl 的情况下，Cl– 比 Na+ 更多地并入冰中，通过替代冰晶格中的两个水分子。因此，NaCl 水溶液的冷冻导致带负电的冰和带正电的剩余溶液，如图 13 所示。溶液和冰之间的宏观电位测量值高达 +30 V。按照惯例，这里给出的冷冻电位是液体相对于冰的电位。这种静电电位在短时间内被溶液中的电荷载体 - 突出地是质子 - 中和，从而导致酸性冰和碱性 FCS。通过紫外-可见光谱和核磁共振，以及通过物理分离液体与冷冻溶液，光谱学地证实了这种酸度变化。NH4Cl 产生 -105 V 的负冷冻电位，因为铵阳离子比氯阴离子在冰中替代水分子的程度更大。 图 13 NaCl 和 NH4Cl 水溶液冻结的示意图，其中冻结电位的积累随后通过质子流动进行中和。蓝色形状代表溶液，白色形状对应冰晶。 由此产生的酸碱中和导致酸性 FCS。这两个具有相同阴离子的示例旨在表明，电位是由离子在冰和 FSC 之间的相对分布引起的，不能仅从各个单独离子的身份来判断。通过 cresol red 使用 Hammett 酸度函数实验确定的几种常见盐的酸度变化以及在 (Workman and Reynolds 1950)中报告的冷冻电位的符号一起在表 4中给出。该表表明，FP 的正号导致更碱性的 FCS（Hammett 酸度函数 >7），而负 FP 对应增加的酸度（即，Hammett 酸度函数的值更低）。需要注意的是，这种效应与部分缓冲液结晶不同，因为当前讨论的盐来自强酸和强碱，因此不允许除中性盐以外的盐。此外，对冷冻 NaCl 溶液的酸度变化作为冷却速率和样品温度的函数的详细研究揭示了复杂的行为。快速冷却导致大部分 NaCl 溶液结晶，同时也形成了非晶 FCS。在加热时，FCS 在 180 K 时经历了玻璃到液体的转变，随后通过 DSC 观察到“冷结晶”。最重要的是，各个结晶事件伴随着酸度偏移。这个示例展示了即使是对于简单的中性盐，冷冻过程的复杂性，并展示了在各种冷冻系统中对实际酸度进行实验测定的迫切需要。需要强调的是，冷冻溶液中 FP 的形成取决于包括冷冻速率、晶体取向以及离子和非离子溶质浓度在内的许多因素。对于二甲基亚砜（DMSO）、甘油、蔗糖、尿素和四氢呋喃（THF）的非离子化合物对 FP 的影响进行了研究。虽然 DMSO、THF 和甘油降低了 FP 的绝对值，但尿素增强了它。感兴趣的读者可以参考一篇很好的综述文章 和一本书获取详细信息。构建了各种复杂程度的理论模型来描述这一现象。 对 FP 引起的酸度变化的知识已成功应用于在冻融过程中稳定一种酶，通过中和冻融引起的酸度变化。研究了含有磷酸钠（Na-P）和磷酸钾（K-P）缓冲液的溶液在冻融循环后的卤代烷脱卤酶活性。这些溶液的酸度在冷冻状态下进行了表征。从原始的 pH 7.5 开始，磷酸钠下降到 H−2 1.4，而磷酸钾仅下降到 6.1（图 14）；这一发现与缓冲液组分结晶引起的酸度变化一致。所检查的卤代烷脱卤酶显示出对酸度变化的敏感性，因为在 K-P 中的恢复活性为 66 ± 6%，而在 Na-P 中仅为 16 ± 9%。此外，通过四甲基氯化铵（TMAC）的存在中和了磷酸缓冲液的冻融酸化。这种盐由一个庞大的阳离子组成，无法适应冰晶格，以及可以替代冰中水分子的氯离子。因此，TMAC 具有正的 FP（溶液对冰），其中和导致更碱性的 FCS。实验应用了不同浓度的 TMAC 来找到中和 50 mM 磷酸盐缓冲液酸化的足够浓度；发现需要 0.1 M 的 TMAC。所得冷冻溶液的酸度与初始溶液酸度相差不超过 0.4 个单位。冻融引起的酸度变化的大幅减少导致在三个冻融循环内保持了酶的活性。在冷冻中保持活性的成功方法被称为离子冷冻保护，并有潜力推广到其他系统。离子冷冻保护的概念在图 15 中示意性地呈现。需要强调的是，虽然升高的 FP 会表明显著酸度变化的风险，但 FP 的缺失并不一定意味着酸度将保持不变。需要进一步的研究来建立 FP 和在各种条件下酸度变化之间的关系。 图 14 在磷酸钠（Na-P）和磷酸钾（K-P）缓冲液中以及在这些缓冲液中加入四甲基氯化铵（TMAC）后，卤代烷烃脱卤酶经过冻融后的活性恢复。 图 15 “离子性冷冻保护”机制的表示。首先确定特定缓冲液在冻结状态下的酸度，然后应用具有相反冻结诱导酸度变化的盐，以在冷冻过程中保持溶液的酸度。 6.结论 在冷冻和冷冻干燥材料中，可以借助探针分子测量酸度，并表示为 Hammett 酸度函数或 pHeq。磺酞菁染料（pH 指示剂）是此类探针分子中最常见的类型，而最近也引入了富含 C13 的羧酸探针与 C13 SSNMR 检测。已经证明 H2-/pHeq 与几种小分子量化合物在冷冻干燥配方中的稳定性之间的相关性。在冷冻状态下已经发现了固态酸度与酸敏感蛋白降解之间的关系，我们预计对于冷冻干燥蛋白配方也存在类似的关系。冷冻干燥配方中的固态酸度强烈依赖于初始溶液的 pH，而其他定义因素包括缓冲液的类型和浓度、填充剂和中性盐。此外，固态酸度在较小程度上还取决于非晶态冷冻干燥材料的水分含量和水合历史。有趣的是，在水合/再水合实验中观察到 pH 指示剂的电离存在滞后现象，这与玻璃的非平衡性质一致，但也提出了一个关于在基于碳水化合物的非晶态系统中质子转移速率的有趣问题。冷冻和干燥可能导致冷冻溶液和冷冻干燥配方的酸度发生显著变化。有几个机制可能负责在冷冻和冷冻干燥过程中发生的酸度变化，其中缓冲液结晶和温度依赖的 pKa 是目前最被认可的。本章介绍了一个对药学科学来说是新颖的概念——Workman-Reynolds 冷冻电位，允许开发一种额外的方法来最小化冻融引起的 pH 变化，利用中性盐。中性盐被证明可以减少冰和液体层之间的冷冻电位，因此最小化冻融浓缩溶液的冻融酸化，并稳定蛋白质以抵抗冻融引起的应力。除了 Workman-Reynolds 电位外，还强调了介质效应在表观酸度变化和冷冻干燥配方的化学不稳定性中的可能作用，使用了在非晶态固体状态下蔗糖转化的盐效应研究。在这种特定情况下，中性盐通过原生和次生盐效应加速了酸催化的化学降解反应，同时也注意到盐效应（即，盐的稳定或不稳定作用）的大小和方向可能取决于特定化学过程的活化复合物的电荷类型。总之，对冷冻和干燥过程中酸碱关系的基本理解对于合理配方设计和制造过程开发至关重要。为了在冷冻溶液和冷冻干燥配方的酸碱关系领域取得进一步进展，以下几个领域值得进一步研究：（i）在大多数情况下，使用电荷类型为 2-/-（碱性/酸性形式）的磺酞菁进行 Hammett 酸度函数/pHeq 测量。此外，这些分子的 pKa 对介质的极性表现出强烈的依赖性。引入具有其他电荷类型（例如，0/+）的替代探针分子，以及 pKa 随极性变化较小的分子，将是至关重要的。（ii）虽然有小分子在冷冻干燥配方中固态酸度与稳定性的关系的例子，但类似的研究对于蛋白质是缺乏的。这是未来研究中需要解决的冷冻干燥生物制剂稳定性机制理解的一个明显空白。（iii）在冷冻干燥配方的部分再水合/脱水过程中观察到探针分子的电离状态变化；再水合/脱水过程中的电离变化部分是可逆的，显示出质子转移的滞后现象。扩展这些初步研究可以为非晶态固体中质子转移与降解反应速率之间的关系提供重要的基本见解。（iv）溶剂变色染料分子在有机物理化学中被广泛用于描述不同介质中的化学反应，最近被引入用于测量冷冻水系统中的极性和酸碱度。如果将类似的方法应用于药学相关的冷冻溶液和冷冻干燥材料（例如，含有蛋白质和糖的系统），可以改善对冷冻和冷冻干燥药品主要不稳定因素的理解。 识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入 生物制品微信群！ 请注明：姓名+研究方向！ 版 权 声 明 本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。