Fast tracked mAbs formulation development with the automated Big Kahuna viscosity station

Význam tématu

Vysoká viskozita koncentrovaných biologických léčiv představuje významnou překážku ve výrobě, stabilitě a aplikaci bioterapeutik. Rychlé a spolehlivé stanovení viskozity je klíčové pro optimalizaci formulací pro injekční podání, skladovatelnost či transport. Automatizované přístupy umožňují rychlé prozkoumání širokého spektra formulací při minimální spotřebě vzorku, což urychluje vývojové cykly a snižuje náklady.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit výkonnost a reprodukovatelnost automatizovaného mikrokapilárního viskozimetru v rámci systému Big Kahuna při měření viskozity biologických roztoků. Studie se zaměřila na:

• Testování přesnosti a opakovatelnosti měření viskozity standardních roztoků při různých teplotách.
• Stanovení viskozity roztoků BSA s různou koncentrací a složením pufrů.
• Charakterizaci Newtonovských a nelineárních tekutin (např. oční kapky Refresh Tears vs. Refresh Liquigel).
• Hodnocení stability viskozity 24 formulací monoklonálních protilátek při různých koncentracích a skladovacích podmínkách.

Použitá instrumentace

Pro měření byla využita viskozimetrická stanice integrovaná se systémem Big Kahuna (Unchained Labs), která zahrnuje:

• Mikrokapilární viskometr s pozitivním pístovým dávkovačem (PDT pipette).
• Teplotně řízený blok pro měření v rozmezí 4–40 °C.
• Automatizovaný čistící protokol kapiláry mezi jednotlivými vzorky.
• Řídicí software umožňující vysokoprůchodové dávkování a záznam tlakových poklesů.

Metodika

Měření vyžaduje pouze 100 μl vzorku a každé trvá přibližně 3 minuty. Kapilára generuje tlakový pokles při konstantním průtoku, ze kterého se podle vztahu μ = πR4ΔP/8LQ vypočítá viskozita. Pro reprodukovatelnost byly standardy 1 cP a ~100 cP měřeny při 4 °C a 40 °C po deset opakování. BSA roztoky připravené v PBS s Tween 80 (± 10 % sacharózy) byly analyzovány při 20, 50 a 100 mg/ml. Newtonovské a nelineární roztoky očních kapek byly testovány při průtocích 1–15 μl/s a výsledná křivka byla korigována Weissenberg-Rabinowitschovým faktorem. Ve stabilitní studii 24 formulací mAb (koncentrace 10, 50 a 210 mg/ml) byly vzorky uchovávány 45 a 90 dní při 4, 25 a 40 °C.

Hlavní výsledky a diskuse

Reprodukovatelnost měření standardů prokázala RSD mezi 0,2–5,6 % v celém rozsahu. Viskozita BSA roste s koncentrací a přítomností sacharózy. Refresh Tears vykázal konstantní viskozitu napříč střihovými rychlostmi, zatímco Refresh Liquigel vykazoval shear-thinning chování, což dokládá měření a aplikace WR korekce. Ve studii stability zůstaly formulace s 50 mg/ml stabilní, zatímco formulace se 210 mg/ml při 40 °C ukázaly výrazný nárůst viskozity, často nad 100 cP, což indikuje potenciální výrobní a aplikační problémy.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizovaná viskozimetrie nabízí:

• Vysokou propustnost (více měření za den) při minimálním objemu vzorku.
• Rozsah měření 1–100 cP, vhodný pro většinu biologických formulací.
• Možnost měření Newtonovských i nelineárních kapalin.
• Integrované čištění eliminuje kontaminaci mezi vzorky.
• Rozšíření experimentálních designů pro rychlé screenování formulací.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další zmenšování spotřeby vzorků a rozšíření rozsahu měřených viskozit. Integrace strojového učení pro predikci optimálních formulací a adaptivní experimentální návrhy může dále zrychlit vývoj. On-line monitorování viskozity během výrobních procesů a rozšíření platformy na jiné biomolekuly (např. nukleové kyseliny) nabídne nové aplikace v biotechnologii.

Závěr

Automatizovaná mikrokapilární viskozimetrie v systému Big Kahuna představuje efektivní nástroj pro rychlé, přesné a opakovatelné stanovení viskozity biologických formulací. Její schopnosti vysokého průtoku, nízké spotřeby vzorku a širokého teplotního pásma umožňují komplexní screenování a stabilitní testy, což výrazně urychluje vývoj bioterapeutik a optimalizaci jejich formulací.