细胞因子类药物一般是由工程菌或工程细胞表达并翻译蛋白质,经过提取和纯化等步骤制备而成的具有生物学活性的蛋白质制品,按照用途可以分为五大类:①白细胞介素类。包括重组人白细胞介素2、重组人白细胞介素11等。②干扰素类。包括重组人干扰素α、重组人干扰素β、重组人干扰素γ等。③肿瘤坏死因子类。包括重组改构人肿瘤坏死因子等。④集落刺激因子类。包括重组人粒细胞集落刺激因子、重组人粒细胞巨噬细胞集落刺激因子等。⑤生长因子类。包括重组人促红细胞生成素、重组人血小板生成素、重组人表皮生长因子、重组人酸性成纤维细胞生长因子、重组牛碱性成纤维细胞生长因子、鼠神经生长因子等。有的细胞因子还可以进行聚乙二醇修饰,以延长其体内半衰期,如聚乙二醇化重组人干扰素、聚乙二醇化重组人粒细胞刺激因子等。细胞因子类药物的剂型包括注射剂、眼用制剂、凝胶剂、片剂、栓剂、喷雾剂等。
细胞因子类药物具有生产工艺复杂、分子量大、稳定性较差等特点,因此在制定质量标准、选择检测方法时应考虑其特殊性,例如,有些药物在发酵或培养过程中易发生蛋白质翻译后修饰产生各种异构体,应对相关蛋白进行检定;有些药物在成品中含量极低,或者成品中添加了人血白蛋白作为稳定剂,使得部分检定项目不能在成品中进行,只能在原液中进行。根据分子大小、结构特征、质量属性复杂程度以及生产工艺的不同,各种细胞因子类药物的检定项目和检定方法不尽相同,但是其质量标准一般应包括鉴别、含量、生物学活性、纯度、残余和杂质、安全性、理化特性等指标,检定对象包括原液、半成品和成品等。细胞因子类药物检定主要包括以下几个方面。
生物学活性是表示细胞因子类药物有效性的关键指标,细胞因子类药物生物学活性由蛋白质的氨基酸序列及其空间结构决定,不能单纯以蛋白质含量代表其生物学活性,必须进行生物学活性测定。原则上生物学活性测定应尽可能反应或模拟其作用机制,用相应的国家或国际标准品或经批准的内控参比品进行校正。
生物学活性测定方法包括动物法、离体动物器官测定法、细胞培养测定法、转基因细胞法等。
动物法是利用给药后动物某些指标的变化,测定药物的生物学活性,可以真实模拟药物的作用机制,缺点是操作烦琐,变异度大,如小鼠网织红细胞法测定重组人促红素的活性。离体动物器官测定法可以比较直接的模拟药物作用机制,但是操作比较烦琐,变异度比较大,如家兔主动脉条法测定重组脑利钠肽的活性。细胞培养测定法是最常用的生物学活性测定方法,具有操作简便、变异度较小等优点。有的细胞因子药物具有促进细胞生长的作用,如粒细胞集落刺激因子、白介素-2等;有的具有抑制细胞生长的作用,如肿瘤坏死因子;有的具有间接保护细胞的作用,如干扰素。应根据各种细胞因子的特性,选择不同的测定细胞和方法。转基因细胞法是一种新型活性测定方法,使用的转基因细胞,含有天然或导入的细胞因子受体,以及导入的受细胞因子诱导的启动子和报告基因,当细胞因子作用于细胞时,报告基因启动表达,通过报告基因的表达量测定细胞因子的生物学活性。转基因细胞法具有简便、快速、精密度高等优点,如干扰素的报告基因测活方法。
蛋白质含量测定是细胞因子类药物检定的基础性指标,准确的蛋白质含量测定是成品分装、比活性计算、杂质控制等的前提条件。不同品种应针对自身蛋白质特性选择适宜的测定方法,同时应尽可能选用与待测品种蛋白质结构相同或相近的蛋白质作对照品。
蛋白质含量测定包括凯氏定氮法、福林酚法(Lowry法)、2,2'-联喹啉-4,4'-二羧酸法(BCA法)、考马斯亮蓝法(Bradford法)、紫外-可见分光光度法、高效液相色谱法(HPLC法)等。
凯氏定氮法是一种绝对定量方法,操作比较复杂,灵敏度较低,在蛋白标准品赋值时使用该方法,一般不作为常规的检定方法。Lowry法灵敏度高,测定范围为20~250微克,广泛应用于细胞因子类药物蛋白含量测定,但对本法产生干扰的物质较多,如还原物质、枸橼酸、糖类等。BCA法灵敏度较高,测定范围可达80~400微克,还原剂和铜螯合物可对测定产生干扰。Bradford法灵敏度高,通常可测定1~200微克的蛋白质量,主要的干扰物质有去污剂、聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)、十二烷基硫酸钠(SDS)等。紫外-可见分光光度法简便快速,适用于纯化蛋白质的检测,测定范围为0.2毫克/毫升~200毫克/毫升,但准确度较差,干扰物质多。HPLC法具有定量精确、灵敏度高、重复性好、自动化程度高等特点,多用于成品的检定,且需要同种蛋白质作为对照品。
细胞因子类药物理化特性包括蛋白质分子大小、电荷、等电点、氨基酸组成、疏水性、糖基化等,通过对这些指标进行分析,以确认制品具有预期的构象、聚集和(或)降解状态及其高级结构。
免疫鉴别利用蛋白质具有抗原性的特性,根据抗原抗体特异反应对其进行鉴定。常用的方法包括免疫印迹法、免疫斑点法等,当电泳出现两条或两条以上区带时应用免疫印迹法进行鉴定。分子量测定的方法包括还原型十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)法和质谱法。还原型SDS-PAGE法可以简便、快速、直观地测定蛋白质的分子量,但测定小分子蛋白和聚乙二醇化蛋白时误差较大,宜采用质谱法。等电点测定使用等电聚焦电泳法,细胞因子类药物的等电点往往是不均一的,这可能与蛋白质构型改变,C端降解等因素有关,但是生产工艺稳定时,各批次之间的电泳图谱应一致。肽图分析是确证细胞因子类药物一级结构的重要手段,通过化学裂解或蛋白酶裂解,将蛋白断裂成固定大小的多个肽段,然后利用HPLC等方法将肽段分离、检测。N端氨基酸序列分析的基本原理为Edman降解法,使用蛋白质全自动测序仪进行N端氨基酸序列测定,灵敏度可达到皮摩尔(pmol)水平。紫外光谱分析对于每种细胞因子类药物,最大吸收波长是固定的,每批产品的紫外吸收光谱应保持一致。糖基分析中,糖基化是蛋白质的一种重要的翻译后修饰,糖蛋白在细胞识别、免疫应答、炎症反应等许多生命过程中均发挥不可替代的作用。糖基分析包括唾液酸含量测定、单糖组成分析、寡糖层析图、糖基化位点测定和糖链结构测定等内容。聚乙二醇化的细胞因子药物还应进行修饰度、修饰位点等分析,以确定其修饰的正确性。
蛋白质纯度检查是细胞因子类药物检定的重要指标,与杂质测定结果结合,可以反映样品的均一性。一种纯度测定方法只能描述样品在某一方面的性质,因此必须用两种或两种以上不同原理的方法(如HPLC法和电泳法)分别测定,从等电点、分子量、疏水性、电荷异质性等不同的角度来证明蛋白质样品的均一性。纯度检查方法包括电泳法、HPLC法、毛细管电泳法等。
在非还原型SDS-PAGE法中,SDS-PAGE中的SDS与蛋白质结合后,使蛋白质分子所带的负电荷远远超过天然蛋白质分子的净电荷,消除了不同蛋白质分子的电荷效应,使蛋白质按分子大小分离,分离后的染色方法包括Bradford法和银染法。HPLC法采用高压输液系统,将液体流动相泵入装有固定相的色谱柱,对其中的供试品进行分离测定。根据供试品蛋白质大小、结构的不同选择不同类型的色谱柱,SEC-HPLC用于分离分子量不同的组分,RP-HPLC用于分离疏水性不同的组分,IE-HPLC用于分离电荷异质体。毛细管电泳法以弹性石英毛细管为分离通道,以高压直流电场为驱动力,根据供试品中各组分浓度和(或)分配行为的差异而实现分离,具有简便快速、灵敏度和分辨率高等优点,常用的毛细管电泳法包括毛细管区带电泳、胶束电动毛细管色谱和毛细管凝胶电泳等。
细胞因子类药物杂质主要包括制品相关杂质和工艺相关杂质,杂质可能具有毒性,可能影响产品的生物学活性,还能反映产品生产工艺的稳定性。因此应尽可能地对杂质进行分析鉴定,并采用适宜的方法评价其对生物学活性的影响。
制品相关杂质主要源于蛋白制品异质性和降解产物。末端氨基酸异质性、电荷异质性、分子大小变异体及包括糖基化在内的各类翻译后修饰等异质性(如C端加工、脱酰胺化、氧化、二硫键错配、聚集等)可能导致其组成中存在几种分子或变异体,应对目标制品的各种分子变异体进行分离、鉴别和分析,如变异体的活性与目标制品一致时,可不作为杂质,但应考虑在生产和(或)贮存期间产品降解产物是否显著增加及其与免疫原性的相关性。检测方法包括电泳法、HPLC法、毛细管电泳法等。
工艺相关杂质包括来源于生产工艺本身,主要涉及细胞基质来源、细胞培养来源和下游工艺三个阶段。应对潜在的工艺相关杂质[如宿主菌/细胞蛋白质、外源性脱氧核糖核酸(DNA)、细胞培养残留物、下游工艺的残留物等]进行鉴别、评估,并进行定性和(或)定量分析。宿主菌/细胞蛋白质可能引起免疫反应,其残留量测定主要使用ELISA方法。细胞因子类药物在生产过程中通常使用工程菌(细胞),其DNA是潜在致癌性杂质,因此产品中外源性DNA残留量的检测极为重要,检测方法主要包括斑点杂交法、荧光染色法、定量PCR法等。如果在生产工艺中使用了抗生素不仅要在纯化工艺中除去而且要对终产品进行检测,检测方法包括培养法、ELISA法和HPLC法等。发酵(培养)和纯化过程中引入的其他物质,如金属离子、有机溶剂、抗体、病毒等,应根据毒理学资料规定限值并进行检测。
安全性检查包括无菌检查、细菌内毒素检查、热源检查、异常毒性检查和微生物限度检查等,应根据药品剂型的不同设定不同的检查项目。
无菌检查用于检查药典要求无菌的药品,包括注射剂、滴眼液等剂型。无菌检查法包括薄膜过滤法和直接接种法,只要供试品性质允许,应采用薄膜过滤法。供试品无菌检查所采用的检查方法和检验条件应与方法适用性试验确认的方法相同。细菌内毒素检查是利用鲎试剂来检测或量化有革兰阴性菌产生的细菌内毒素,以判定供试品中细菌内毒素的限量是否符合规定的一种方法,包括凝胶法和光度测定法,后者包括浊度法和显色基质法。异常毒性检查是给予动物一定剂量的供试品溶液,在规定时间内观察动物出现的异常反应或死亡情况,检查供试品中是否污染外源性毒性物质,以及是否存在意外的不安全因素,包括小鼠试验和豚鼠试验。微生物限度检查包括微生物计数和控制菌检查,计数供试品中在有氧条件下生长的嗜温细菌和真菌,检查供试品中是否存在特定的微生物,用于乳膏剂、凝胶剂、栓剂、喷雾剂等剂型。
根据相关制品的特性设定不同的检测项目,包括外观(如性状、颜色)、可见异物及不溶性微粒检查,溶解度、pH、渗透压摩尔浓度、装量、水分测定,以及药品辅料等的检测。