在生物医药产业快速发展的今天，单克隆抗体、双特异性抗体、融合蛋白以及抗体偶联药物（ADC）等创新药物不断涌现。然而，这些蛋白类药物普遍存在结构复杂、对温度敏感、稳定性不足等特点。如何让这些药物在生产、运输和储存过程中保持活性，成为制约产业发展的关键问题。冻干技术（Lyophilization）正是在这样的背景下成为现代生物药开发的重要支柱。

冻干又称冷冻干燥，其基本原理是先将药液冻结，再在真空条件下使冰直接升华，从而去除水分。相比液体制剂，冻干制剂具有更长货架期、更好的稳定性以及更便利的全球运输能力。许多重磅抗体药物、疫苗及罕见病药物都采用了冻干形式。本文介绍的综述论文原文标题为“Practical advice in the development of a lyophilized protein drug product”， 2024年底发表在了华人抗体协会旗下期刊《Antibody Therapeutics》(牛津大学出版社出版，影响因子4.8)。，该文在2024年底上线发表以来，迄今（2026年9月14日）已经被引用了33次，其下载/阅读量已经近7000次。该文的作者均来自美国的Regeneron (再生元)公司。此文的英文全文可点击链接免费下载：https://doi.org/10.1093/abt/tbae030

此文也是《Antibody Therapeutics》发表的 special collection： Formulation of Antibody-Based Therapeutics的一部分，更多关于formulation方面的论文可通过访问如下网址免费下载：https://academic.oup.com/abt/pages/formulation-of-antibody-based-therapeutics

一、为什么蛋白药物离不开冻干？

蛋白质是一类高度精密的生物大分子，其三维结构决定药效。一旦结构发生变化，就可能导致活性下降甚至失效。液体状态下的蛋白药物容易发生聚集、降解和化学修饰。冻干技术通过大幅降低水分含量，有效减缓这些降解过程。

但冻干并非简单“抽干水分”。蛋白质在冻结和干燥过程中会面临多重应力。例如低温导致的冷变性、冰晶形成造成的界面损伤、冻结浓缩引起的局部高盐环境，以及脱水带来的结构不稳定。这些因素都可能诱导蛋白聚集或失活。因此，冻干开发本质上是一场围绕蛋白稳定性的系统工程。

二、从临床到上市：开发目标的变化

综述指出，早期开发与商业化阶段的策略存在显著区别。临床早期最重要的目标是快速进入人体试验。此时原料有限、知识不足，通常采用平台化配方和保守冻干工艺。

而进入后期开发后，关注重点转向产品质量、成本和商业供应。企业不仅需要实现24个月以上冷藏稳定性，还希望获得室温暴露耐受性、更短复溶时间和更高生产效率。因此，配方和工艺都需要进行系统优化，并利用QbD理念建立设计空间和工艺控制策略（详见如下表1，来自英文原文）。

三、冻干配方设计的科学逻辑

缓冲体系是配方设计的基础。理想缓冲液不仅要维持蛋白最佳pH，还需要避免冻结过程中晶体析出导致的pH漂移。组氨酸、柠檬酸盐等体系因此被广泛采用。

稳定剂则是冻干制剂的“保护伞”。蔗糖和海藻糖被认为是最重要的冻干稳定剂。一方面，它们能够在冻结阶段通过优先排斥机制维持蛋白天然构象；另一方面，在干燥后形成玻璃态基质，限制分子运动，降低降解速率。同时，糖分子还能替代蛋白表面的水分子，维持氢键网络稳定。

表面活性剂同样不可忽视。蛋白在冰/水界面和空气/液体界面容易发生吸附并变性，适量添加聚山梨酯等表面活性剂能够提供保护。但需要平衡其潜在氧化风险。

对于高浓度抗体制剂，开发难度进一步增加。高蛋白浓度有利于提高给药剂量，却可能带来高黏度、复溶缓慢和外观问题。因此需要综合考虑稳定性、渗透压、注射便利性和患者体验。

四、提升冻干效率的关键：提高塌陷温度

冻干周期中，初级干燥是最耗时的步骤。产品温度越高，升华速度越快，但温度过高又会导致冻干块塌陷。塌陷意味着产品失去支撑结构，直接影响外观和稳定性。

因此开发人员始终追求更高的塌陷温度。提高蛋白浓度、引入甘露醇或甘氨酸等结晶型赋形剂，都有助于提高塌陷温度，使产品能够在更高温度下干燥，从而显著缩短生产周期并降低制造成本。

五、包装系统决定产品品质

很多人认为冻干成功后工作已经结束，但实际上容器密闭系统同样至关重要（详见下表，来自原文的表格3）。玻璃西林瓶仍是最主流选择，因为其具有优异的阻湿性、阻氧性以及热传导性能。

近年来，COP、COC等高性能聚合物容器逐渐兴起。这些材料不易破裂、可兼容自注射装置，但热传递效率通常较低，需要针对性工艺优化。

胶塞设计则需要兼顾水汽排出和最终密封两项功能。低水分透过率、低浸出物水平以及良好的密封性能，都是成功产品的重要保障。

六、冻干工艺开发的三大阶段

冻结阶段决定冰晶结构。受控成核技术近年来备受关注，通过人为控制结冰起始点，使所有西林瓶形成均匀冰晶结构，不仅提高批间一致性，还能缩短后续干燥时间。

初级干燥阶段负责冰的升华，通常去除80%至95%的水分。工艺开发的核心是让产品温度始终保持在塌陷温度以下，同时尽可能提高升华速率。

次级干燥阶段则通过解吸附进一步降低残余水分。虽然持续时间通常只有数小时，但对长期稳定性影响巨大。过高残留水分会导致水解和蛋白降解，而过度干燥也可能影响蛋白结构，因此需要寻找最佳平衡点。

七、未来趋势：从冷链依赖走向患者友好

未来冻干技术的发展方向已经十分明确。首先是实现室温稳定储存。如果抗体药物能够摆脱严格冷链，将显著降低全球供应成本并提升可及性。

其次是快速冻干和智能化工艺。借助建模、数字化控制和QbD理念（参见下图，来自原文图2），开发者能够获得更短周期、更高一致性的生产过程。

第三是双腔注射器和双腔卡式瓶等新型给药系统。此类装置将冻干粉和稀释液整合在同一器械内，患者使用前即可自动复溶，显著提升居家给药便利性（参见下图，来自原文图1）。

结语

冻干蛋白药物开发并不仅仅是一项制造技术，而是连接药物发现、制剂科学、工程技术与商业化生产的关键桥梁。成功的冻干产品需要在蛋白稳定性、配方设计、包装系统和工艺效率之间实现精妙平衡。随着抗体药物、ADC、双抗及其他复杂生物制剂持续快速发展，冻干技术的重要性将进一步提升。谁能够更好地掌握冻干科学，谁就能在未来生物药产业竞争中占据更有利的位置。

参考文献

Yuan Cheng, Huu Thuy Trang Duong, Qingyan Hu, Mohammed Shameem, and Xiaolin Tang. "Practical advice in the development of a lyophilized protein drug product." Antibody Therapeutics 8, no. 1 (2025): 13-25. DOI: https://doi.org/10.1093/abt/tbae030

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