CN105092490A - 人胰岛素及类似物或偶联物体外生物活性测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人胰岛素及类似物，包括速效胰岛素如门冬胰岛素(Insulinaspart)、赖脯胰岛素（InsulinLispro）、赖谷胰岛素？（InsulinGlulisine？）；长效胰岛素如甘精胰岛素（Insulinglargine）、地特胰岛素(InsulinDetemir)、德谷胰岛素（InsulinDegludec）以及修饰偶联物如聚乙二醇化胰岛素及类似物PEG-Lispro（PEG？conjugatedinsulin？lispro）和PEG-Insulin（PEG？conjugateddesB30-insulin）的体外细胞法的生物效价测定方法及其应用。该发明采用雄性大鼠前脂肪细胞经体外诱导成脂肪细胞后，采用葡萄糖氧化酶法测定脂肪细胞的培养液中葡萄糖经胰岛素作用下的消耗量，计算相应的胰岛素生物效价。

Description

人胰岛素及类似物或偶联物体外生物活性测定方法

技术领域

本发明属于人胰岛素及类似物或偶联物体外生物效价测定检测技术领域，包括速效胰岛素如门冬胰岛素(Insulinaspart)、赖脯胰岛素（InsulinLispro）、赖谷胰岛素（InsulinGlulisine），长效胰岛素如甘精胰岛素（Insulinglargine）、地特胰岛素(InsulinDetemir)、德谷胰岛素（InsulinDegludec）以及修饰偶联物如聚乙二醇化胰岛素（如PEG-Lispro，PEG-Insulin）和PEG-Insulin（PEGconjugateddesB30-insulin）的体外生物效价测定方法及其应用。

背景技术

胰岛素是由胰岛β细胞受内源性或外源性物质刺激而分泌的一种蛋白质激素，胰岛素是机体内唯一降低血糖的激素。胰岛素主要促进肝细胞、肌细胞、脂肪细胞对葡萄糖的摄取和利用，促进肌肉、脂肪组织等靶细胞的细胞膜载体将血液中的葡萄糖转运入细胞，转变为脂肪酸作为糖原贮存，同时加速氧化葡萄糖为高能磷酸化合物作为能量的来源，从而使血糖水平下降，同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成。胰岛素作为糖尿病治疗的主要药物，可有效调节人体血糖水平。

胰岛素制剂根据胰岛素作用起效的快慢、持续时间的长短，可以分为三大种类：（1）速效人胰岛素类似物：包括门冬胰岛素、赖脯胰岛素和赖谷胰岛素；（2）中效胰岛素：包括普通胰岛素、中性胰岛素；（3）长效人胰岛素：包括甘精胰岛素、地特胰岛素和德谷胰岛素。为了适应不同糖尿病人的治疗需要，其中有的短中长效制剂或加入辅助治疗制剂（鱼精蛋白、锌离子）或进行不同比例的预混型胰岛素提高其治疗效果。　　

人胰岛素及类似物或偶联物注射液能实现不同时间内的有效控制血糖的水平，如制品中效价测定不准确，会产生低血糖反应症状，人胰岛素及类似物或偶联物药物治疗研究过程中生物效价准确性尤为重要。目前国际上针对人胰岛素及类似物或偶联的生物效价测定是动物体内法，主要包括小鼠和家兔的体内血糖浓度变化的生物效价分析方法，如中国药典的双交叉小鼠法和美国药典的家兔降血糖法。胰岛素的生物效价目标单位定义法为：家兔注射最小质量人胰岛素，血糖值达到2.5mmol/L为1单位效价。各种短中长效人胰岛素及制剂的生物效价均采用此定义法表示，测定时用胰岛素效价标准品进行交叉比对计算而得效价，常规制剂中每ml注射液按100单位标示，而非质量来标示，在胰岛素原料和制剂中，由于尚无有效可靠的体外细胞法来分析检测生物效价的方法，常用已知1单位效价的质量反应生物效价。如普通胰岛素的1单位效价相当于0.03846mg，地特胰岛素的1单位效价相当于0.142mg，由于胰岛素属于生物制品，特别在制剂中可能出现因物理、化学等影响稳定性的因素，造成生物效价的改变，如单独用质量换算而成的生物效价会出现明显误差，因此，人胰岛素及制剂需要建立一种体外准确生物活性或效价的分析测定方法。

国内外文献报道人胰岛素体外效价测定方法有大鼠原代成熟脂肪细胞法和3T3-L1前脂细胞诱导脂肪细胞法。大鼠原代提取的成熟脂肪细胞法是利用3H标记的葡萄糖来检测成熟脂肪细胞葡萄糖利用率，测定胞内同位素分析生物效价。由于原代成熟脂肪细胞极容易破碎、无法有效计数和重复性差，该方法只有诺和诺德公司用于地特胰岛素质量研究文献中有过报道。3T3-L1前脂细胞诱导脂肪细胞法由于诱导率低、诱导过程中容易发生细胞脱落、孔间诱导成功的脂肪细胞不均匀等原因仅停留于胰岛素论文研究中。本专利创新性地建立了一种稳定、敏感和可重现的原代前脂肪细胞诱导分化成脂肪细胞后采用非同位素标记的葡萄糖利用率的变化与一定浓度范围梯度的人胰岛素及类似物或偶联物间的线性关系，可准确计算并评价人胰岛素制品的体外生物活性效价。

发明内容

本发明涉及人胰岛素制品的生物效价测定方法技术，提供了一种实用、准确性高、重现性好的人胰岛素制品的体外生物效价测定方法及应用。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是人胰岛素及类似物或偶联物体外生物效价测定方法，包括如下步骤：

（a）提取雄性大鼠腹部沟、附睾、肾周围脂肪垫的脂肪细胞，分离前脂肪细胞。

（b）用DMEM完全培养液含终浓度为0.2～1mmol/L3-异丁基-1-甲基黄嘌呤、0.5～2μmol/L地塞米松和2～10μg/mL人胰岛素的诱导剂Ⅰ诱导前脂肪细胞48～72小时。

再用DMEM完全培养液中含终浓度为2～10μg/mL人胰岛素的诱导分化剂Ⅱ诱导分化培养48～72小时。

（c）诱导分化成脂肪细胞后，经饥饿培养24小时，加入不同浓度梯度的人胰岛素样品，37℃5%CO2反应6-12小时。

(d)直接取培养上清5～20μl加入含微量葡萄糖氧化酶的反应体系中，37℃反应10分钟，用490～540nm测定吸光值来获及葡萄糖消耗利用率。

（e）根据不同浓度人胰岛素待测样品的培养液中葡萄糖消耗利用率与平行测定中的人胰岛素效价标准品进行计算，获及待测人胰岛素及类似物或偶联物的生物效价单位。

本发明是根据人胰岛素及类似物或偶联物刺激脂肪细胞转运葡萄糖的原理，经建立的方法研究证明，人胰岛素在一定浓度梯度范围内和葡萄糖消耗利用率间呈良好的剂量线性关系。利用葡萄糖氧化酶代替3H标记葡萄糖测定胞内葡萄糖的分解变化，测定诱导分化脂肪细胞的细胞培养液葡萄糖含量变化，可准确敏感计算出人胰岛素及类似物或偶联物生物效价。葡萄糖氧化酶法其原理为：葡萄糖氧化酶利用氧和水将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，并释放过氧化氢；过氧化物酶在色原性氧受体存在时将过氧化氢分解为水和氧，并使色原性氧受体4-氨基安替比林和酚去氢缩合为红色醌类化合物，即Trinder反应。红色醌类化合物的生成量与葡萄糖含量成正比。本发明利用其原理可准确地测定细胞培养液中的葡萄糖消耗变化。本发明已具有生物制品体外生物效价测定方法的操作步骤简便、无污染、低成本、准确性高、重复性好等要求。

附图说明

图13T3-L1前脂肪细胞和大鼠前脂肪细胞的GOD-POD法测定重组人胰岛素体外生物活性

图2大鼠原代成熟脂肪细胞3H-glucose放射法测定重组人胰岛素体外生物活性

图3葡萄糖氧化酶法测定重组人胰岛素和地特胰岛素的体外生物活性

图43H-Glucose放射测定法测定重组人胰岛素和地特胰岛素体外生物活性

图5重组人胰岛素、门冬胰岛素、赖脯胰岛素、甘精胰岛素、地特胰岛素和PEG及修饰偶联物（PEG-Lispro）体外活性测定

具体实施方式

以下是本发明的非限定实施例，将有利于本领域的普通技术人员进一步理解本发明。

实施例1重组人普通胰岛素体外生物效价测定的三种测定方法比较

采用3T3-L1前脂肪细胞（购自中国科学院上海细胞库）和雄性大鼠前脂肪细胞（购自雄性大鼠购自第三军医大学大坪医院动物所）测定重组人胰岛素活性的方法，重组人普通胰岛素标准品（来源于中国食品药品检定研究院，每支标示含量为20mg/支28.3IU/mg）。

大鼠前脂肪细胞GOD-POD法

(1)取普通食物喂养的90g～120g的雄性大鼠，乙醚麻醉后断头处死，放入75%酒精浸泡完全消毒，无菌条件下切取腹部沟、附睾、肾周围脂肪垫放入培养皿的PBS中，用手术剪刀尽量除去血管及淋巴结，然后用PBS液冲洗3次。充分剪碎所取脂肪组织成1mm3，加入浓度为0.5mg/mlⅠ型胶原酶消化液，37℃水浴中振荡消化1小时。取DMEM完全培养液20ml加入组织块中，用吸管反复吹打。然后100目网筛过滤，1200g离心10min。离心后将上层含成熟脂肪细胞的脂肪层取入新离心管中备用，再弃掉消化液，加入DMEM完全培养液重悬沉淀细胞，重复操作二次后，取含前脂肪细胞的细胞沉淀经细胞计数后，以2.5～3.5×105个/ml加入48孔细胞板200μl/孔，置37℃，5%CO2培养24小时。待细胞汇合率达到90%以上后开始诱导。

（2）弃培养上清，加入用DMEM完全培养基配制终浓度为0.5mmol/L3-异丁基-1-甲基黄嘌呤、1μmol/L地塞米松和10μg/mL胰岛素的诱导溶液Ⅰ200μl/孔，置37℃，5%CO2培养48～72小时。

（3）弃细胞液，加入用DMEM完全培养液配制终浓度为10μg/mL胰岛素的诱导剂Ⅱ200μl/孔，置37℃，5%CO2培养48～72小时。

（4）弃细胞液,加入DMEM完全培养基200μl/孔，置37℃，5%CO2培养48小时。

（5）弃细胞液,加入含1%FBS的DMEM细胞饥饿液200μl/孔，置37℃，5%CO2培养24小时。

（6）重组人普通胰岛素的配制：用含1.0mg/ml葡萄糖的DMEM稀释液逐步稀释至5ug/ml后，再按3倍倍比稀释，共8个稀释度。

（7）弃细胞培养液，加入1.0mg/ml葡萄糖的DMEM的细胞维持液180μl/孔，再加入配制的胰岛素样品20μl/孔37℃5%CO2反应10小时。

（8）取培养上清20μl加入酶标反应板中，再加入葡萄糖氧化酶200μl/孔，置37℃反应10分钟后。用酶标仪510nm测定OD值。

大鼠成熟脂肪细胞3H-glucose放射法

（1）IncubationBuffer的配制：

1、WeltmansReagent：66.2gCaCl2×2H2O,用水稀释至1000mL。

2、KrebsStock：32.26gNaCl，1.77gKCl，0.811gKH2PO4，1.469gMgSO4×7H2O，28mLWeltmansReagent,用水稀释至1000mL。

3、10%HAS：52.5gHSA用水定容至250mL，加入26.25g活性炭，室温放置4小时，偶尔振摇一下，过滤除去活性炭，用水稀释至500mL。

5、HepespH7.9：11.92gHepes用水溶解稀释至50mL，调pH至7.9，用水稀释至100mL。

6、IncubationBuffer:100mLKrebs，50mL10%HAS，25mLHepespH7.9，用水稀释至500mL。

（2）试验方法：

将大鼠前脂肪细胞GOD-POD法步骤（1）中的离心上层脂肪层用IncubationBuffer洗涤细胞，1200g离心10min，重复洗涤操作5次，脂肪层重悬于IncubationBuffer中，以2.5×105个/ml加入96孔板，加入100μL/孔，加入葡萄糖及3H-glucose（购于北京北方生物，1mCi/支）10μL，使葡萄糖为0.1mg/孔，3H-glucose0.6μCi/孔，将稀释好的重组人胰岛素加入10μL/孔，37℃5%CO2培养箱中用振荡器轻轻摇动培养2小时。加入150μL的Microscint-E闪烁液(购于美国PE/珀金埃尔默公司)终止反应，测定3H放射CPM值。

3T3-L1前脂肪细胞GOD-POD法

（1）将3T3-L1前脂肪细胞置于DMEM高糖完全培养基中培养，以5×105个/ml接种于48孔培养板中，200μl/孔，37℃5%CO2培养24小时。

(2)其他步骤同上大鼠前脂肪细胞GOD-POD法。

表1重组人胰岛素体外生物效价测定的三种测定方法比较试验结果（三次）

实验结果图1、图2所示。

实验证明3T3-L1前脂肪细胞经诱导8次，获及了3次可用结果，但三次的误差达50%以上。大鼠成熟脂肪细胞3H-glucose放射法操作12次获及了3次可用结果，但实验误差仍达到20%以上。而大鼠前脂肪诱导分化后的GOD-POD法几乎每次成功，重复5次的实验误差在5%以内，且敏感性较高。

实施例2大鼠前脂脂肪细胞测定重组人胰岛素标准品和地特胰岛素的生物效价中葡萄糖氧化酶法（GOD-POD法）和3H-glucose放射测定法实验

采用实例1中的方法诱导雄性大鼠前脂肪细胞，待细胞诱导成80%脂肪细胞后，用于以下试验。

葡萄糖氧化酶法（POD法）：将DMEM无葡萄糖培养基中加入1.0mg/ml的葡萄糖和0.8μCi/孔3H-Glucose为细胞维持液。脂肪细胞弃细胞液后每孔加入180μl细胞维持液，将重组人胰岛素标准品（来源于中国食品药品检定研究院，每支标示含量为20mg/支28.3IU/mg）稀释到5μg/ml；地特胰岛素(来源于诺和诺德公司诺和平300单位/3ml/支)稀释到20μg/ml开始做3被倍比稀释，做八个稀释度，每孔加入样品20μl,反应作用10小时。取培养上清20μl加入酶标反应板中，再加入葡萄糖氧化酶200μl/孔，置37℃反应10分钟后。用酶标仪510nm测定OD值。

3H-Glucose放射测定法：方法同上，待葡萄糖氧化酶法测定完毕后，弃细胞液，用PBS洗涤2次细胞，置37℃干燥过夜。每孔加入3mlMicroscint-E闪烁液测定3H放射CPM值。

实验结果见图3、图4，

表2葡萄糖氧化酶法和3H-Glucose放射测定法测定重组人胰岛素和地特胰岛素的活性数据

诱导的大鼠脂肪细胞用葡萄糖氧化酶法和3H-Glucose放射测定法测定重组人胰岛素、地特胰岛素的活性结果表明，两种测定方法得到半效反应剂量基本一致。证明可采用测定细胞培养液中葡萄糖消耗量的POD法代替3H标记葡萄糖胞内利用率的方法。

实施例3大鼠前脂肪细胞测定速效胰岛素和长效胰岛素以及修饰偶联物（PEG-Lispro）体外活性实验

利用实施例1中诱导大鼠前脂肪细胞的方法测定门冬胰岛素（来源于诺和诺德公司诺和锐300单位/3ml/支）、赖脯胰岛素（来源于礼来公司优泌乐300单位/3ml/支）、普通人胰岛素（来源于中国食品药品检定研究院）、甘精胰岛素（来源于塞诺菲-安万特医药来得时300单位/3ml/支）、地特胰岛素(来源于诺和诺德公司诺和平300单位/3ml/支)、PEG-Lispro（根据专利EP2476430A1，由公司自制）的体外生物学活性，经5次重复试验的半效反应剂量(EC50)，结果如图5。

经过5次重复测定重组人胰岛素效价标准品的半效剂量EC50平均值为17.754ng/ml，根据重组人胰岛素国际单位（27.5IU/mg）的效价标准品为标准，计算待测重组人胰岛素及类似物和偶联物的半效剂量EC50比值和效价。

表3：5次重复试验的半效反应剂量数据

对上述试验数据统计分析，5次测定门冬胰岛素、赖脯胰岛素、普通人胰岛素、甘精胰岛素、地特胰岛素、PEG-Lispro的生物学活性EC50的CV（%）为6.293%、5.253%、5.413%、6.823%、6.829%、8.625%。均小于10%，95%置信区间(X±SD)分别为26.603±2.079U/mg、27.513±1.794U/mg、27.005±1.815U/mg、26.704±2.262U/mg、7.207±0.611U/mg、6.960±0.745。

Claims (8)

1.人胰岛素及类似物或偶联物体外生物效价测定方法，其特征包含如下步骤：

（1）、雄性大鼠前脂肪细胞的制备

（2）、前脂肪细胞诱导分化为脂肪细胞

（3）、一定浓度人胰岛素待测样品，加入到诱导分化的脂肪细胞培养液中，6~12小时内测定促进葡萄糖利用变化值

（4）、葡萄糖氧化酶法测定脂肪细胞培养液中的葡萄糖消耗利用率

（5）、葡萄糖消耗利用率计算人胰岛素生物效价单位的方法

权利要求1所述的人胰岛素及类似物包括普通胰岛素、门冬胰岛素、赖脯胰岛素、赖谷胰岛素、甘精胰岛素以及混合型重组人胰岛素注射液。

2.权利要求1所述的人胰岛素偶联物包括不同长度的脂肪酸链和谷氨酰化不同长度脂肪酸链修饰的重组人胰岛素如地特胰岛素和德谷胰岛素。

3.权利要求1所述的人胰岛素偶联物包括不同大小分子量聚乙二醇化修饰的重组人胰岛素，如20kd聚乙二醇化的赖脯胰岛素和20kd聚乙二醇化缺失B链30位苏氨酸的普通胰岛素。

4.权利要求1所述的大鼠前脂肪细胞制备步骤为：

普通雄性大鼠麻醉条件下切取的腹部沟、附睾、肾周围脂肪垫经Ⅰ型胶原酶消化后离心除去含脂肪滴的成熟脂肪细胞和非脂肪细胞后，获及的前脂肪细胞，以2.5～3.5×105个/ml在DMEM完全培养基中培养24小时。

5.权利要求1所述的前脂肪细胞诱导分化，主要步骤为：

（a）前脂肪细胞在DMEM完全培养基含有终浓度为0.2～1mmol/L3-异丁基-1-甲基黄嘌呤、0.5～2μmol/L地塞米松和2～10μg/mL胰岛素的诱导分化溶液（Ⅰ）培养48～72小时

（b）再经DMEM完全培养基含有终浓度为2～10μg/mL胰岛素的诱导分化溶液（Ⅱ）培养48～72小时。

6.权利要求1中的人胰岛素及类似物或偶联物加入诱导分化的脂肪细胞中终浓度测定范围为10pg/ml-10μg/ml。

7.权利要求1中的葡萄糖氧化酶法测定葡萄糖消耗利用率是直接取微量的培养液，加入含有微量葡萄糖氧化酶的反应液中，在490~540nm波长下测定吸光值。

8.权利要求1中的人胰岛素的体外效价单位的计算方法，是以重组人胰岛素国际生物效价单位为标准，根据平行测定人胰岛素及其类似物或偶联物促进葡萄糖消耗利用率计算的半效浓度，换算而成相应的生物效价单位。