KR20220129088A

KR20220129088A - 동결건조 의약품의 목표 잔류 수분 함량

Info

Publication number: KR20220129088A
Application number: KR1020227030487A
Authority: KR
Inventors: 샤오린 탕; 메리 클레프; 라비 챠리; 프란코 출
Original assignee: 리제너론 파아마슈티컬스, 인크.
Priority date: 2020-02-04
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2022-09-22
Also published as: US20230358470A1; IL295221A; CA3168873A1; MX2022009558A; JP2023514540A; WO2021158759A3; AU2021217370A1; WO2021158759A2; US20210239396A1; EP4100689A2; US11525629B2; US11713922B2; CN115151772A; BR112022015272A2; US20230077563A1

Abstract

실온에서 장기간 보관하거나 또는 냉동 보관시 개선된 안정성을 갖는 단백질 제형을 제조하기 위한 동결건조 방법이 제공된다. 구체적으로, 본 출원은 3% 내지 5% 잔류 수분과 같은 동결건조된 제품의 잔류 수분의 목표 백분율을 얻기 위한 동결건조 방법을 제공한다. 동결건조의 2차 건조는 1차 건조의 선반 온도와 유사한 온도하에 탈착 속도를 제어하여 수행될 수 있다. 대안적으로, 동결건조는 별도의 2차 건조 단계 없이 수행될 수 있다.

Description

동결건조 의약품의 목표 잔류 수분 함량

본 출원은 일반적으로 단백질 제형의 동결건조(lyophilization) 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 출원은 실온 보관에 대해 안정하거나 또는 냉동 보관에 대해 개선된 안정성을 갖는 동결건조된 의약품의 잔류 수분의 목표 백분율을 얻기 위한 동결건조 공정을 제공한다.

대부분의 바이오의약품 제형은 다양한 형태의 분해, 응집 또는 화학적 변형으로 인해 장기간 보관을 위한 용액에서 안정하지 않다. 동결건조, 예를 들어, 제어된 조건하에서의 냉동-건조(freeze-drying)는 장기간 보관을 위한 제품 안정성을 개선하기 위해 단백질 제형과 같은 바이오의약품 제형을 고체 상태로 전환시키는 바람직한 방법이다. 동결건조된 제품, 예를 들어, 케이크는 바람직하게는 약 2℃ 내지 8℃ 및/또는 실온에서 비교적 장기간 동안 보관된다. 또한, 케이크는 세계 곳곳, 특히 전력 및 냉장을 신뢰할 수 없는 곳에서 상업 운송 및 보관 중 후기 임상 단백질 약물에 대한 냉장 요구사항을 제거하기 위해 실온에서 더 긴 보관 안정성을 갖는 것이 바람직할 수 있다.

동결건조는 긴 처리 시간을 필요로 하는 비교적 고가의 공정이다. 동결건조 공정 최적화의 주요 목표는 다음을 포함할 수 있다: 제품 감쇠 위험 없이 공정을 최적화하는 것; 1차 건조의 겉보기 종점을 결정하는 것; 및 동결건조된 제품의 바람직한 잔류 수분 함량을 달성하기 위해 2차 건조를 최적화하는 것. 주어진 바이오의약품 제형에 대한 동결-건조 주기의 최적화에는 동결건조 공정, 제형 특성, 장비 용량 및 공정 매개변수와 관련된 실제적인 위험에 대한 균형 잡힌 이해가 필요하다(Chang et al., 2004, American Association of Pharmaceutical Scientists, pages 113-138, Freezing-drying process development for protein pharmaceuticals, Lyophilization of Biopharmaceuticals).

장기 실온 보관에 대한 안정성을 갖거나 또는 냉장 보관에 대한 개선된 안정성을 갖는 동결건조된 제품을 생성할 수 있는 동결건조 방법에 대한 필요성이 존재함을 이해할 것이다.

동결건조는 종종 장기간 보관을 위해 바이오의약품 제형을 고체 상태로 전환시키는 바람직한 방법이다. 동결건조된 케이크는 바람직하게는 비교적 장기간 동안 실온에서 보관될 수 있다. 본 출원은 실온 보관을 위한 증가된 장기 제품 안정성을 갖거나 또는 냉장 보관을 위한 개선된 안정성을 갖는 동결건조된 제품의 잔류 수분의 목표 백분율을 얻기 위한 동결건조 방법을 제공한다.

동결건조된 케이크를 제조하기 위한 종래의 방법은 동결-건조기의 동결건조 챔버의 선반에 있는 용기/바이알에 제형을 배치하는 것과 같이 동결-건조기의 챔버에 제형을 배치하는 단계; 예컨대, -30℃ 미만의 낮은 선반 온도(shelf temperature)에서 제형을 동결시키는 단계; 제형에 대해 1차 건조를 수행하여 승화(sublimation)에 의해 동결된 용매 분자를 제거하는 단계로서, 1차 건조는 일반적으로 200 밀리토르(millitorr) 미만의 챔버 압력과 같은 고진공하에 비교적 낮은 선반 온도, 예를 들어, 전형적으로 약 0℃ 이하인 동결-건조기의 선반 온도에서 수행되는, 상기 제거하는 단계; 제형에 대해 2차 건조를 수행하여 탈착된 용매 분자를 제거하여 동결건조된 케이크 내 용매 분자의 목표 중량 백분율을 얻는 단계로서, 2차 건조는 200 밀리토르 미만의 챔버 압력과 같은 고진공하에 25℃ 이상의 비교적 높은 선반 온도에서 수행되는, 상기 얻는 단계를 포함한다.

본 개시내용은 제형을 제조하는 단계로서, 제형은 적어도 하나의 용매 분자 및 펩타이드 또는 단백질을 포함하는, 상기 제조하는 단계; (a) 동결-건조기의 동결건조 챔버의 선반에 있는 용기/바이알에 제형을 배치하는 것과 같이 동결-건조기의 챔버에 제형을 배치하는 단계, (b) 제형을 동결시키는 단계, (c) 제형에 대해 제1 건조, 예를 들어, 1차 건조를 수행하여 승화에 의해 적어도 하나의 동결된 용매 분자를 제거하는 단계로서, 제1 건조는 약 0℃ 이하의 동결-건조기의 선반 온도에서 수행되는, 상기 제거하는 단계, 및 (d) 제형에 대해 제2 건조, 예를 들어, 2차 건조를 수행하여 적어도 하나의 용매 분자를 제거하여 동결건조된 케이크 내의 적어도 하나의 용매 분자의 목표 중량 백분율을 얻는 단계로서, 제2 건조는 약 0℃ 이하인 동결-건조기의 선반 온도에서 수행되는, 상기 얻는 단계를 포함하는 제형을 동결건조시켜 동결건조된 케이크를 수득하는 단계를 포함하는, 동결건조된 케이크를 제조하는 방법을 제공한다. 일부 실시형태에서, 별도의 2차 건조는 없었다. 일부 예시적인 실시형태에서, 동결건조된 케이크 내의 적어도 하나의 용매 분자의 목표 중량 백분율은 약 3% 내지 5%, 약 4% 또는 약 4.5%이다.

일부 예시적인 실시형태에서, 제형 내의 적어도 하나의 용매 분자는 물 분자이다. 일부 예시적인 실시형태에서, 본 출원의 제형 내의 펩타이드 또는 단백질은 항체, 항체 단편, 항체의 Fab 영역, 항체-약물 접합체, 융합 단백질, 단백질 제약 제품 또는 약물이다. 일부 예시적인 실시형태에서, 본 출원의 방법을 사용하여 생성된 동결건조된 케이크는 실온의 보관 조건에서 안정하거나 또는 냉장 보관에 대해 개선된 안정성을 갖는다.

일부 양태에서, 본 출원의 동결건조된 케이크 내의 적어도 하나의 용매 분자의 목표 중량 백분율은 제어된 건조 속도를 이용한 제2 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도에 의해 제어된다. 일부 양태에서, 본 출원의 동결건조된 케이크 내의 적어도 하나의 용매 분자의 목표 중량 백분율은 제2 건조를 위한 지속 시간에 의해 제어된다.

일부 양태에서, 제2 건조, 예를 들어, 2차 건조의 동결-건조기의 선반 온도는 제1 건조, 예를 들어, 1차 건조의 동결-건조기의 선반 온도와 동일할 수 있다. 일부 양태에서, 제2 건조의 동결-건조기의 선반 온도는 제1 건조의 동결-건조기의 선반 온도보다 더 높을 수 있다. 일부 양태에서, 제2 건조의 동결-건조기의 선반 온도는 제1 건조의 동결-건조기의 선반 온도보다 낮을 수 있다. 일부 양태에서, 제2 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도는 제1 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도와 같거나 또는 약간 더 높다.

일부 양태에서, 본 출원의 방법은 동결-건조기의 챔버 내의 압력의 변화에 기초하여 제1 건조의 종료를 결정하는 단계를 더 포함한다. 일부 양태에서, 동결건조된 케이크의 온도는 제1 건조에서 동결건조된 케이크의 감쇠 온도 미만이다.

일부 예시적인 실시형태에서, 본 출원의 제형은 완충액, 부형제, 안정화제, 동결 보호제, 증량제, 가소제 또는 이들의 조합물을 추가로 포함하되; 안정화제는 폴리올, 수크로스, 만니톨, 트레할로스, 소르비톨, 아미노산 또는 이들의 조합물이고; 동결 보호제는 계면활성제, 당, 염, 아미노산 또는 이들의 조합물이다. 일부 양태에서, 완충액은 아세테이트 및/또는 히스티딘 하이드로클로라이드를 포함하고, 완충액은 약 5.3 또는 약 6의 pH 값을 가지며, 부형제는 폴리소르베이트 80이다. 일부 양태에서, 안정화제는 수크로스이되, 수크로스 대 펩타이드 또는 단백질의 비는 약 1:1, 약 3:1, 약 10:1 또는 약 1:1 내지 10:1이다.

본 발명의 이러한 양태 및 기타 양태는 다음의 설명 및 첨부 도면과 함께 고려될 때 더 잘 인식되고 이해될 것이다. 다양한 실시형태 및 이의 다수의 특정 세부사항을 나타내는 다음의 설명은 제한이 아니라 예시로서 제공된다. 본 발명의 범위 내에서 많은 치환, 수정, 추가 또는 재배열이 이루어질 수 있다.

도 1은 Patel 등에 의해 나타낸 바와 같은 동결건조 공정에서의 챔버 압력의 측정을 보여준다. 정전용량 압력계(capacitance manometer)에 의해 측정된 챔버 압력, 피라니 게이지(Pirani gauge)에 의해 측정된 챔버 압력 및 챔버 압력 설정점(Vac SetPt)은 Patel 등에 따른 건조 시간에 대해 플로팅되었다.
도 2는 3단계, 예를 들어, 동결, 1차 건조 및 2차 건조를 포함하는 종래의 동결건조 공정을 보여준다. 종래의 동결건조는 약 -45℃의 선반 온도에서의 동결, 약 -20℃ 또는 약 -25℃의 선반 온도에서의 1차 건조 및 약 40℃의 선반 온도와 같은 보다 높은 온도에서의 2차 건조를 포함하는 3단계로 수행된다. 통상적으로, 약 40℃와 같은 2차 건조 선반 온도는 약 -20℃ 또는 -25℃와 같은 1차 건조 선반 온도보다 항상 상당히 높다.
도 3은 예시적인 실시형태에 따른 잔류 용매의 목표 백분율을 달성하기 위해 탈착 속도를 조절하여 2차 건조를 수행하는 것에 의한 본 출원의 고유한 동결건조 공정을 보여준다. 본 출원의 2차 건조는 1차 건조의 연장으로서 간주되며, 이는 예시적인 실시형태에 따르면 1차 건조의 선반 온도와 동일한 온도와 같은 낮은 온도; 1차 건조의 선반 온도보다 약간 높은 온도; 또는 1차 건조의 선반 온도보다 낮은 온도에서 수행된다. 일부 양태에서, 별도의 2차 건조는 없다.
도 4는 피라니 게이지(PG)와 정전용량 압력계(CM), 예를 들어, PG-CM의 측정값 간의 차이를 Patel 등 및 예시적인 실시형태에 따른 동결건조 공정에서 얼음 승화의 완료를 나타내는 1차 건조의 겉보기 종점, 예를 들어, 시작(onset), 중간점(midpoint) 및 오프셋(offset)을 정의하는 지표로 사용하는 것을 보여준다. 샘플 내 관련 잔류 수분 백분율에 해당하는 PG-CM의 측정값은 Patel 등 및 예시적인 실시형태에 따른 도면에 나타나 있다.
도 5는 예시적인 실시형태에 따른 승화의 완료 후 탈착 속도를 보여준다. 2차 건조는 예시적인 실시형태에 따른 0℃, -10℃, -20℃ 또는 -30℃의 선반 온도로 1차 건조를 연장하여 1차 건조와 동일한 선반 온도에서 수행하였다. 일부 양태에서, 별도의 2차 건조는 없었다.
도 6은 예시적인 실시형태에 따른 권장되는 보관 온도를 포함하는 잔류 수분 함량의 백분율에 상응하는 동결건조된 단백질 제형의 유리 전이 온도를 보여준다.
도 7은 예시적인 실시형태에 따른 정전용량 압력계(CM) 및 피라니 게이지(PG)에 의해 측정된 연장된 지속 시간을 갖는 동결건조 공정에서 챔버 압력의 측정값을 보여준다. 챔버 압력은 예시적인 실시형태에 따른 건조 시간에 대해 플로팅되었다. PG와 CM, 예를 들어, (PG-CM) 간의 차이는 예시적인 실시형태에 따른 1차 건조의 오프셋 지점을 결정하는데 사용되었다.
도 8은 예시적인 실시형태에 따른 1차 건조의 연장된 지속 시간에 따른 -20℃ 또는 -30℃의 선반 온도에 대한 얼음 승화 완료 후 탈착 속도를 보여준다. 얻어진 수분 함량은 예시적인 실시형태에 따른 오프셋으로부터 지속 시간에 대해 플로팅되었다.

동결건조는 단백질 의약품을 준비하고 제조하는 일반적인 방법이다. 동결건조, 예를 들어, 냉동-건조는 승화를 통해 단백질 제형으로부터 얼음 또는 기타 동결된 용매를 제거하고, 탈착을 통해 결합 수분 분자를 제거하는데 사용될 수 있다. 동결건조 공정을 개발하기 위해 중요한 공정 매개변수를 선택하는 데에는 다양한 문제가 있다. 단백질 제형의 종래의 동결건조는, 예를 들어, 약 -45℃에서 동결, 약 -20℃에서 1차 건조 및 약 40℃, 약 35℃ 내지 55℃ 또는 약 25℃ 내지 55℃의 더 높은 온도에서 2차 건조와 같은 동결, 1차 건조(승화) 및 2차 건조(탈착)의 3단계로 수행될 수 있다. 1차 건조가 완료된 후 단백질 제형의 건조된 제품은 여전히 제품에 부착된 결합 수분 분자의 존재로 인해 약 5% 내지 10%의 수분 함량을 가질 수 있다. 종래의 2차 건조는 일반적으로 약 40℃, 약 35℃ 내지 55℃ 또는 약 25℃ 내지 55℃에서의 건조와 같이 약 1% 또는 약 2% 미만의 잔류 수분 함량에 도달하도록 1차 건조보다 훨씬 더 높은 온도에서 수행된다.

본 출원은 종래의 동결건조 공정과는 실질적으로 상이한 고유한 동결건조 공정을 제공한다. 예를 들어, 본 출원은 약 4.0%, 약 4.5% 또는 약 3% 내지 5%의 잔류 수분의 목표 중량 백분율을 달성하기 위해 제어된 탈착 속도로 2차 건조를 수행함으로써 고유한 동결건조 공정을 제공한다. 본 출원의 2차 건조는 1차 건조의 연장으로 간주될 수 있으며, 이는 1차 건조의 선반 온도와 동일한 온도, 1차 건조의 선반 온도보다 약간 더 높은 온도 또는 1차 건조의 선반 온도보다 더 낮은 온도에서 제어된 탈착 속도하에 수행될 수 있다. 일 양태에서, 제2 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도는 제1 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도와 동일하거나 또는 약간 더 높다. 대안적으로, 동결건조는 별도의 2차 건조 단계 없이 수행될 수 있다. 본 출원의 동결건조는 본 출원의 2차 건조가 종래의 2차 건조를 수행하는 온도보다 실질적으로 낮은 더 낮은 온도에서 수행될 수 있기 때문에 종래의 동결건조와는 실질적으로 상이하다.

예를 들어, 동결, 1차 건조 및 2차 건조를 수행하는 동결건조 공정을 개발하기 위해 중요한 공정 매개변수를 선택하는데 다양한 문제가 있다. 동결건조의 중요한 공정 매개변수는 주로 제품 제형의 감쇠 온도 및/또는 동결된 상태 유리 전이 온도(Tg')와 같은 제품 제형의 물리화학적 특성에 의해 결정된다. 건조 공정은 제품 온도를 동결 및 1차 건조 단계 동안 유리한 낮은 온도로 유지시킴으로써 건조된 제품의 외관 및 특성의 변화를 방지하기 위해 동결건조 공정 동안 잘 제어될 수 있다. 예를 들어, 각 공정 단계의 선반 온도, 챔버 압력, 지속 시간 및 램프 속도를 포함한 건조 공정은 동결건조 공정 동안 잘 제어될 수 있다. 본 출원은 2차 건조를 위한 선반 온도 및 지속 시간을 제어함으로써 동결건조된 제품의 목표 수분 함량을 달성하기 위한 공정을 제공한다.

동결건조 공정의 동결 단계는 건조용 고체 매트릭스를 생성하기 위해 제품 제형을 동결시키는 것을 포함한다. 때때로, 동결 단계는 추가적인 어닐링 단계(Chang et al.) 또는 제어된 핵 형성 단계(Fang et al., Effect of Controlled Ice Nucleation on Stability of Lactate Dehydrogenase During Freeze-Drying, J Pharm Sci. 2018 March, 107(3):824-830)를 포함할 수 있다. 동결건조 공정의 1차 건조 단계는 제품 온도를 낮은 목표 수준으로 유지하면서 압력을 감소시킴으로써 승화를 통해 얼음과 같은 동결된 용매를 제거하는 단계를 포함한다. 승화 공정은 물질이 액체상(예컨대, 물)을 거치지 않고 고체상(예컨대, 얼음)에서 기체상(예컨대, 증기)으로 직접 변화하는 것을 지칭한다. 일반적으로 승화의 발생에는 낮은 압력이 필요하다. 승화, 예를 들어, 흡열 과정은 물질이 액체로 존재할 수 있는 가장 낮은 압력에 해당하는 상태도(phase diagram)에서 물질의 삼중점보다 낮은 온도 및 압력에서 발생한다. 또한, 승화는 흡열 상 변화이기 때문에, 1차 건조 동안 제품 온도 이상으로 동결건조 선반 온도를 제어함으로써 제공되는 동결된 물질에 열 에너지를 추가해야 한다. 제품 온도는 선반 온도 및 챔버 압력 모두를 제어함으로써 감쇠 온도(또는 Tg')보다 몇 도 낮게 제어된다. 동결건조 공정의 2차 건조 단계는 목표 수준의 바람직한 잔류 수분 함량에 도달하기 위해 탈착을 통해 결합 수분을 제거하는 단계를 포함한다. 건조 공정 동안, 응축기는 승화된 용매를 고체 상태로 변환하고 포획하기에 효과적인, 예를 들어, -50℃ 미만의 낮은 온도 및 낮은 압력에서 제어된다.

동결-건조 장비는 냉동 시스템, 진공 시스템, 제어 시스템, 제품 챔버 및 응축기를 포함할 수 있다. 동결-건조기 제품 챔버의 선반 온도는 1차 및 2차 건조를 수행하기 위해 적절하게 제어되어야 한다. 동결건조 공정의 1차 건조 단계 동안, 동결-건조기 챔버의 압력은 진공을 도입함으로써 동결된 제품 온도에서 동결된 용매의 포화 증기압보다 더 낮게 감소될 수 있다. 1차 건조 단계는 모든 또는 실질적으로 모든 동결된 용매가 승화를 통해 제거될 때 완료에 도달하는 것으로 간주될 수 있다. 1차 건조 단계가 완료된 후 제품 제형에 남아 있는 동결되지 않은 결합 용매가 있는 경우, 이는 종래의 동결건조 공정을 위한 2차 건조 동안 훨씬 더 높은 온도에서 탈착에 의해 제거될 수 있다(Chang et al.).

1차 건조(승화)의 겉보기 종점, 예를 들어, PG(피라니 게이지) 챔버 압력의 시작, 중간점 및 오프셋은 비교 압력 측정(피라니 게이지 대 정전용량 압력계), 이슬점, 가스 플라스마 분광법, 수증기 농도, 응축기 압력, 압력 상승 테스트 또는 제품 열전대와 같은 다양한 방법에 의해 결정될 수 있다(Patel et al., Determination of end point of primary drying in freeze-drying process control, AAPS PharmSciTech, Vol. 11, No. 1, March 2010). 피라니 게이지는 챔버 내 가스의 열전도율을 측정한다. 동결건조 동안, 챔버 압력은 챔버의 절대 압력을 측정하는 정전용량 압력계를 사용하여 제어될 수 있다. 수증기의 열전도율은 질소의 열전도율의 약 1.6배이기 때문에, 본질적으로 챔버 내 모든 가스가 수증기인 경우, 피라니 게이지는 1차 건조 동안 정전용량 압력계보다 약 60% 더 높다. 예를 들어, 시작점에서 피라니 압력이 급격히 감소하기 시작하면, 가스 조성이 대부분 수증기에서 질소로 바뀌는 것을 나타내며, 이는 1차 건조가 종료되었음을 나타낼 수 있다(Patel et al.). 예를 들어, PG 챔버 압력의 변화는 수분 함량과 관련될 수 있다. 정전용량 압력계에 의해 측정된 챔버 압력, 피라니 게이지에 의해 측정된 챔버 압력 및 챔버 압력 설정점(Vac SetPt)은 도 1에 나타낸 바와 같이 건조 시간에 대해 플로팅되었다(Patel 등의 도 7에 따름). 잔류 수분의 백분율은 중량 측정 및/또는 칼 피셔(Karl Fischer) 방법에 의해 측정된다.

일반적으로, 동결건조 공정은 3단계, 예를 들어, 동결, 1차 건조 및 더 높은 온도에서의 2차 건조를 포함한다. 예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 종래의 동결건조는 약 -45℃의 선반 온도에서 약 적어도 120분 동안 동결, 약 -20℃의 선반 온도에서 약 1일 내지 3일 동안 1차 건조 및 약 40℃와 같은 훨씬 더 높은 온도에서 2차 건조를 포함하는 3단계로 수행될 수 있다. 종래의 동결건조 공정에서, 대량의 물이 약 -10℃ 내지 약 -35℃의 선반 온도 또는 약 -40℃ 내지 약 -45℃의 선반 온도 범위와 같은 낮은 온도에서 1차 건조 동안 진공하에 승화에 의해 제거될 수 있다. 2차 건조 동안, 제품에 남아 있는 동결되지 않은 결합수(bound water)는 도 2에 나타낸 바와 같이 약 40℃의 선반 온도와 같은 고온에서 빠른 탈착에 의해 제거될 수 있다. 일반적으로, 동결건조된 제품의 잔류 수분 함량은 고온에서 종래의 2차 건조를 적용함으로써 약 1% 미만에 도달할 수 있다. 전형적으로, 동결건조된 제품의 잔류 수분 함량은 증가된 선반 온도 및 2차 건조의 지속 시간에 의해 감소될 수 있다.

본 출원은 잔류 용매의 목표 백분율을 달성하기 위해 제어된 탈착 속도로 2차 건조를 수행함으로써 종래의 동결건조 공정과 실질적으로 상이한 고유한 동결건조 공정을 제공한다. 일부 실시형태에서, 별도의 2차 건조는 없다. 일부 예시적인 실시형태에서, 본 출원의 동결건조 공정의 2차 건조는 동결건조된 제품의 잔류 수분의 목표 중량 백분율, 예컨대, 약 4.0%, 약 4.5% 또는 약 3% 내지 5%를 달성하기 위해 제어된 탈착 속도하에 수행될 수 있다. 일부 양태에서, 본 출원의 동결건조 공정의 2차 건조는 제어된 탈착 속도하에 수행될 수 있되, 본 출원의 동결건조 공정에서 2차 건조의 선반 온도는 종래의 2차 건조의 선반 온도보다 훨씬 더 낮을 수 있다. 예를 들어, 본 출원의 2차 건조는 도 3에 나타낸 바와 같이 약 -20℃와 같은 낮은 온도, 약 -10℃ 내지 약 -30℃의 범위, 약 0℃ 내지 약 -30℃의 범위, 1차 건조의 선반 온도와 동일한 온도, 1차 건조의 선반 온도보다 약간 더 높은 온도 또는 1차 건조의 선반 온도보다 약간 더 낮은 온도에서 수행되는 1차 건조의 연장으로 간주될 수 있다. 대조적으로, 종래의 2차 건조는 약 40℃ 또는 약 35℃ 내지 약 55℃의 범위와 같은 고온에서 수행된다.

1차 건조 동안, 승화면(sublimation front)은 제품을 통해 이동하여 건조된 제품, 예를 들어, 케이크를 얼음 표면 계면 위에 침착시키고 얼음 결정을 승화시킨다. 바람직한 케이크는 표면 또는 가장자리를 따라 약간의 박리 또는 부서짐과 함께 대부분 균일한 외관을 가지고 있다. 승화 완료 후 단백질 제형의 건조된 제품은 제품에 부착된 결합수 분자의 존재로 인해 5% 내지 10%의 수분 함량을 가질 수 있다. 일반적으로, 동결된 제품은 구조상 결정질 또는 비정질 유리로 분류될 수 있다. 동결된 제품의 유리 전이 온도(Tg')는 1차 건조 동안 동결건조된 케이크의 감쇠 온도(Tc)와 강한 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌다. 유리 전이 온도는 건조된 제품이 단단한 유리 상태에서 더 높은 이동성을 갖는 유연한 고무 상태로 전이하는 온도 영역으로 간주될 수 있다. 케이크 구조의 무결성(integrity)은 제품 온도가 Tg' 미만으로 유지될 때 이동성이 무시해도 될 정도인 유리 상태로 유지될 수 있다. 케이크의 감쇠를 방지하기 위해 1차 건조 동안 제품 온도를 단백질 제형의 Tg' 미만으로 유지하는 것이 중요하다(Chang et al.). 케이크가 부드러워지면, 케이크 구조는 종종 유지되지 않을 수 있다.

케이크는 동결-건조 동안 감쇠 또는 멜트백(melt-back)의 징후가 없는 것이 바람직하다. 바람직한 우수한 케이크는 단단한 거시적 구조를 가지며, 감쇠, 변색 및 멜트백이 없어야 한다. 케이크의 감쇠(또는 부분적 감쇠)는 1차 건조 동안 제품 제형에서(얼음 승화 계면에서) 결정제(crystalline agent)의 공융 용융(eutectic melting)으로 인한 것일 수 있다. 1차 건조 동안 제품 제형의 결정질 성분의 공융 용융 온도 미만으로 제품 온도를 유지하는 것이 바람직하다(Chang et al.). 케이크의 멜트백은 1차 건조 동안 불완전한 얼음 승화로 인한 부분적 또는 완전한 케이크 감쇠의 한 형태로 간주될 수 있다. 제품 온도는 얼음 승화 계면의 증기압과 상관관계가 있다. 증기압은 선반 온도 및 시스템 진공 수준의 설정점에 의해 제어되는 제품으로의 열 전달 속도에 따라 달라진다. 목표 제품 온도는 1차 건조 동안 선반 온도 및 시스템 진공 수준(압력)을 제어하여 적절하게 유지될 수 있다.

일 실시형태에서, 공정은 용기에 단백질 및 부형제를 포함하는 수성 샘플을 얻는 단계를 포함한다. 용기는 바이알, 유리 바이알, 주사기 배럴 또는 이중 챔버 자동 주입기의 챔버일 수 있다. 용기는 수증기가 방출될 수 있도록 충분히 열 수 있다. 수성 샘플이 담긴 용기는 챔버에 배치되고, 샘플에서 얼음 결정이 형성되는 제1 온도에 도달하기 위해 샘플로부터 열이 제거될 수 있다. 제1 압력을 얻기 위해 챔버로부터 공기가 제거될 수 있다. 그런 다음, 승화에 의해 샘플로부터 물을 제거할 수 있도록 제2 온도에 도달하기 위해 열 에너지가 샘플에 추가될 수 있다. 잔류 수분은 승화 후 샘플 내에 갇힌 채로 남아있을 수 있으며, 이는 제2 건조 단계를 통해 제거될 수 있다. 일 양태에서, 초기 동결 및 1차 건조 단계 동안, 분당 약 0.5℃의 속도로 수성 샘플로부터 열이 제거될 수 있다. 일 양태에서, 제1 온도는 약 -45℃이다.

부형제는 약제학적 제형에서 활성 원료 의약품과 함께 첨가되는 성분이다. 부형제는 원료 의약품을 안정화하고/하거나 제형의 부피를 증량하는데 도움이 될 수 있다. 용어 성분은 부형제와 상호교환적으로 사용될 수 있다. 부형제는 원료 의약품을 완충, 증량, 가용화, 안정화, 가소화 및 보호하는 것과 같은 다양한 목적을 위한 다양한 물질을 포함한다. 보호제는 열적 스트레스 및/또는 교반과 같은 물리적 스트레스로부터 보호할 수 있다. 동결 보호제는 얼음 계면 스트레스 및 동결 농도 스트레스와 같은 동결 스트레스로부터 단백질을 보호할 수 있다. 동결건조보호제는 동결 및 탈수 스트레스로부터 단백질을 보호할 수 있다. 부형제는 안정화제를 포함할 수 있다. 안정화제는 응집 또는 기타 분해에 대해 단백질을 안정화하기 위해 사전 동결건조된 용액에 첨가될 수 있다. 안정화는 동결건조 공정 동안 유리 동역학을 제어하거나 또는 안정화제와 단백질의 특정 상호작용을 통해 단백질의 천연 구조를 보존하는데 도움을 주어 발생할 수 있다.

실온에서 장기간 보관할 수 있는 안정성을 갖는 바이오의약품 제형의 생성에 대한 요구는 동결건조 공정의 개발에 대한 요구를 증가시켰다. 본 개시내용은 바람직한 특성 및 잔류 수분 함량을 갖는 동결건조된 제품을 생성하기 위한 바이오의약품 제형의 동결건조 방법을 제공함으로써 전술한 요구를 충족시키는 방법을 제공한다.

본 명세서에 개시된 예시적인 실시형태는 실온 보관에 대해 안정하거나 또는 냉장 보관에 대해 개선된 안정성을 갖는 동결건조된 제품의 잔류 수분의 목표 백분율을 얻기 위한 동결건조 공정을 제공함으로써 전술한 요구를 충족시킨다.

단수형 용어는 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 하고; 용어 "약" 및 "대략"은 당업자가 이해하는 바와 같이 표준 변형을 허용하는 것으로 이해되어야 하며; 범위가 제공되는 경우, 종점이 포함된다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "포함하다(include)", "포함하다(includes)", 및 "포함하는(including)"은 비제한적임을 의미하며, 각각 "포함하다(comprise)", "포함하다(comprises)" 및 "포함하는(comprising)"을 의미하는 것으로 이해된다.

일부 예시적인 실시형태에서, 본 개시내용은 제형을 제조하는 단계로서, 제형은 적어도 하나의 용매 분자 및 펩타이드 또는 단백질을 포함하는, 상기 제조하는 단계; (a) 제형을 동결-건조기의 동결건조 챔버의 선반에 있는 용기/바이알에 배치하는 것과 같이 제형을 동결-건조기의 챔버에 배치하는 단계, (b) 제형을 동결시키는 단계, (c) 제형에 대해 제1 건조(1차 건조)를 수행하여 승화에 의해 적어도 하나의 동결된 용매 분자를 제거하는 단계로서, 제1 건조는 0℃ 이하인 동결-건조기의 선반 온도에서 수행되는, 상기 제거하는 단계, 및 (d) 제형에 대해 제2 건조(2차 건조)를 수행하여 적어도 하나의 용매 분자를 제거하여 동결건조된 케이크 내의 적어도 하나의 용매 분자의 목표 중량 백분율을 얻는 단계로서, 제2 건조는 0℃ 이하인 동결-건조기의 선반 온도에서 수행되는, 상기 얻는 단계를 포함하는, 제형을 동결건조시켜 동결건조된 케이크를 얻는 단계를 포함하는 동결건조된 케이크를 제조하는 방법을 제공한다. 대안적으로, 동결건조는 별도의 2차 건조 단계 없이 수행될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "승화"는 동결건조(동결-건조)에서 물 분자(용매 분자)가 액체 상태를 거치지 않고 직접 고체 상태(얼음)에서 증기 상태로 변하는 현상을 지칭한다. 동결건조 동안, 제품은 동결되고, 진공하에 배치되어 얼음이 액체 상태를 거치지 않고 고체 상태에서 증기 상태로 직접 변하도록 한다. 승화는 액체로 존재할 수 있는 가장 낮은 압력에 상응하는 상태도에서의 물질의 삼중점보다 낮은 온도 및 압력에서 발생하는 흡열 공정이다. 물의 승화는 삼중점 미만의 압력 및 온도, 예를 들어, 4.579 ㎜Hg 및 0.0099℃에서 발생할 수 있다. 동결된 제품에서 얼음이 승화되는 속도는 콜드 트랩(cold trap)의 압력보다 약간 높거나 같은 동결건조 챔버의 증기압과 비교하여 얼음 승화 계면에서 제품의 증기압의 차이에 따라 달라진다(Nireesha et al., Lyophilization/freeze drying-an review, International Journal of Novel Trends in Pharmaceutical Sciences, page 87-98, volume 3, No. 4, October, 2013; Chang et al.). 동결된 제품에서 얼음의 승화 속도는 또한 얼음 승화 계면에서 증기 전달에 대한 드라이 케이크 저항성에 따라 달라진다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "동결-건조기"는 (a) 동결건조를 수행하기 위해 채워진 바이알이 로딩되는 선반이 있는 동결건조 챔버, (b) 승화된 수증기를 얼음으로 포획하기 위한 응축기, (c) 온도 제어를 용이하게 하는 냉동 및 가열 유닛, 및 (d) 챔버 압력을 대기압 이하의 값으로 감소시킬 수 있는 진공 펌프를 포함하는 시스템을 지칭한다. 동결-건조기의 챔버 압력은 제어된 방식으로 불활성의 건조 블리드 가스(bleed gas)(일반적으로 질소 가스)를 도입함으로써 설정점으로 유지된다. 대부분의 경우, 동결건조 챔버는 메인 밸브를 통해 응축기와 분리된다. 제품 바이알은 선반 온도가 제어된 챔버의 선반에 로딩된다(Chang et al.).

본 명세서에서 사용되는 용어 "펩타이드" 또는 "단백질"은 공유적으로 연결된 아마이드 결합을 갖는 임의의 아미노산 중합체를 포함한다. 단백질은 일반적으로 "펩타이드" 또는 "폴리펩타이드"로 당업계에 알려져 있는 하나 이상의 아미노산 중합체 사슬을 포함한다. 단백질은 단일 작용성 생체분자를 형성하기 위해 하나 또는 여러 개의 폴리펩타이드를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 단백질은 항체, 이중특이성 항체, 다중-특이성 항체, 항체 단편, 단일클론 항체, 숙주-세포 단백질 또는 이들의 조합물일 수 있다.

일 양태에서, 본 출원의 제형에서 펩타이드 또는 단백질은 항체, 항체 단편, 항체의 Fab 영역, 항체-약물 접합체, 융합 단백질, 단백질 의약품 또는 약물이다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "항체"는 4개의 폴리펩타이드 사슬, 이황화 결합에 의해 상호-연결된 2개의 중쇄(H)와 2개의 경쇄(L)로 구성된 면역글로불린 분자를 지칭한다. 각각의 중쇄는 중쇄 가변 영역(HCVR 또는 VH) 및 중쇄 불변 영역을 갖는다. 중쇄 불변 영역은 3개의 도메인, CH1, CH2 및 CH3를 포함한다. 각각의 경쇄는 경쇄 가변 영역 및 경쇄 불변 영역을 갖는다. 경쇄 불변 영역은 하나의 도메인(CL)으로 구성된다. VH 및 VL 영역은 프레임워크 영역(framework region: FR)이라고 하는 보다 보존된 영역이 산재되어 있는 상보성 결정 영역(complementarity determining region: CDR)이라고 하는 초가변성 영역으로 추가로 세분화될 수 있다. 각 VH 및 VL은 아미노-말단에서 카복시-말단으로 다음의 순서로 배열된 3개의 CDR 및 4개의 FR로 구성될 수 있다: FR1, CDR1, FR2, CDR2, FR3, CDR3, FR4. 용어 "항체"는 임의의 아이소타입 또는 하위클래스의 글리코실화된 및 비-글리코실화된 면역글로불린 둘 모두에 대한 언급을 포함한다. 용어 "항체"는 항체를 발현하도록 형질감염된 숙주 세포로부터 단리된 항체와 같은 재조합 수단에 의해 제조, 발현, 생성 또는 단리된 것을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. IgG는 항체의 서브세트를 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "항체 단편"은, 예를 들어, 항체의 항원-결합 또는 가변 영역과 같은 온전한 항체의 일부를 포함한다. 항체 단편의 예는 Fab 단편, Fab' 단편, F(ab')2 단편, Fc 단편, scFv 단편, Fv 단편, dsFv 다이어바디, dAb 단편, Fd' 단편, Fd 단편 및 단리된 상보성 결정 영역(CDR) 영역뿐만 아니라 트라이어바디, 테트라바디, 선형 항체, 단일쇄 항체 분자 및 항체 단편으로부터 형성된 다중 특이성 항체를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. Fv 단편은 면역글로불린 중쇄 및 경쇄 가변영역의 조합이고, ScFv 단백질은 면역글로불린 경쇄 및 중쇄 가변 영역이 펩타이드 링커에 의해 연결된 재조합 단일 사슬 폴리펩타이드 분자이다. 항체 단편은 다양한 수단에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 항체 단편은 온전한 항체의 단편화에 의해 효소적으로 또는 화학적으로 생성될 수 있고/있거나 부분 항체 서열을 암호화하는 유전자로부터 재조합적으로 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 항체 단편은 전체적으로 또는 부분적으로 합성으로 생성될 수 있다. 항체 단편은 선택적으로 단일 사슬 항체 단편을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 항체 단편은, 예를 들어, 이황화 연결에 의해 함께 연결된 여러 사슬을 포함할 수 있다. 항체 단편은 선택적으로 다분자 복합체를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "항체-약물 접합체" 또는 "ADC"는 불안정한 결합(들)을 갖는 링커(들)에 의해 생물학적으로 활성인 약물(들)에 부착된 항체를 지칭할 수 있다. ADC는 항체의 아미노산 잔기의 측쇄에 공유적으로 연결될 수 있는 생물학적으로 활성인 약물(또는 페이로드)의 여러 분자를 포함할 수 있다(Siler Panowski et al.,　Site-specific antibody drug conjugates for cancer therapy, 6　mAbs　34-45 (2013)). ADC를 위해 사용되는 항체는 표적 부위에서 선택적 축적 및 지속성 유지를 위해 충분한 친화도로 결합할 수 있다. 대부분의 ADC는 나노몰 범위의 Kd 값을 가질 수 있다. 페이로드는 나노몰/피코몰 범위의 효능을 가질 수 있으며, ADC를 표적 조직으로 분포시킨 후 달성할 수 있는 세포내 농도에 도달할 수 있다. 마지막으로, 페이로드와 항체 사이에 연결을 형성하는 링커는 항체 모이어티(예를 들어, 긴 반감기)의 약동학적 특성의 이점을 취하고, 페이로드가 조직에 분포할 때 항체에 부착된 상태를 유지하도록 하기 위해 순환에서 충분히 안정할 수 있지만, ADC가 표적 세포로 흡수되면 생물학적으로 활성인 약물의 효율적인 방출이 가능해야 한다. 링커는 세포 처리 동안 절단 불가능한 것과 ADC가 표적 부위에 도달하면 절단 가능한 것일 수 있다. 절단 불가능한 링커를 사용하면, 콜(call) 내에서 방출되는 생물학적으로 활성인 약물은 라이소솜 내 ADC의 완전한 단백질 분해 후 전형적으로 라이신 또는 시스테인 잔기인 항체의 아미노산 잔기에 여전히 부착된 페이로드 및 링커의 모든 요소를 포함한다. 절단 가능한 링커는 구조가 페이로드와 항체 상의 아미노산 부착 부위 사이에 절단 부위를 포함하는 것이다. 절단 메커니즘은 산성 세포내 구획에서 산-불안정 결합의 가수분해, 세포내 프로테이스 또는 에스터레이스에 의한 아마이드 또는 에스터 결합의 효소적 절단 및 세포 내부의 환원 환경에 의한 이황화 결합의 환원성 절단을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "단백질 의약품"은 본질적으로 완전히 또는 부분적으로 생물학적일 수 있는 활성 성분을 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 단백질 의약품은 펩타이드, 단백질, 융합 단백질, 항체, 항원, 백신, 펩타이드-약물 접합체, 항체-약물 접합체, 단백질-약물 접합체, 세포, 조직 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 일부 다른 예시적인 실시형태에서, 단백질 의약품은 펩타이드, 단백질, 융합 단백질, 항체, 항원, 백신, 펩타이드-약물 접합체, 항체-약물 접합체, 단백질-약물 접합체, 세포, 조직의 재조합, 조작된, 변형된, 돌연변이된 또는 절단된 버전 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

예시적인 실시형태

본 명세서에 개시된 실시형태는 실온 보관에 대해 안정하거나 또는 냉장 보관에 대해 개선된 안정성을 갖는 동결건조된 제품의 잔류 수분의 목표 백분율을 얻기 위해 동결건조를 수행하기 위한 조성물 및 방법을 제공한다.

일부 예시적인 실시형태에서, 본 개시내용은 약 3% 내지 6%, 약 4%, 약 4.5%, 약 2% 내지 5.5%, 약 2.5% 내지 6%, 약 3% 내지 4.5%, 약 3.5% 내지 6.5%, 약 4% 내지 5%, 약 4.1%, 약 4.2%, 약 4.3%, 약 4.4%, 약 4.6%, 약 4.7%, 약 4.8% 또는 약 4.9%와 같은 동결건조된 케이크 내의 적어도 하나의 용매 분자의 목표 중량 백분율을 갖는 동결건조된 케이크를 제공한다.

일부 예시적인 실시형태에서, 제2 건조를 수행하기 위한 동결-건조기의 선반 온도는 제1 건조(1차 건조)를 수행하기 위한 동결-건조기의 선반 온도와 동일할 수 있다. 일부 양태에서, 제2 건조(2차 건조)를 위한 동결-건조기의 선반 온도는 제1 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도보다 약간 더 높을 수 있다. 일부 양태에서, 제2 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도는 제1 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도보다 더 낮을 수 있다. 일부 양태에서, 제2 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도와 제1 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도의 차이는 약 0℃ 내지 25℃, 약 0℃ 내지 20℃, 약 0℃ 내지 15℃, 약 0℃ 내지 10℃, 약 0℃ 내지 5℃, 약 0℃ 내지 3℃, 약 0℃ 내지 2℃, 약 1℃, 약 2℃, 약 3℃, 약 4℃, 약 5℃, 약 6℃, 약 7℃, 약 8℃, 약 9℃ 또는 약 10℃일 수 있다.

일부 예시적인 실시형태에서, 본 출원의 방법은 동결-건조기의 챔버 내 PG 압력의 변화에 기초하여 제1 건조(1차 건조)의 종료를 결정하는 단계를 더 포함한다. 일부 양태에서, 동결-건조기의 챔버 내 압력의 변화는 피라니 게이지 및/또는 정전용량 압력계에 의해 측정된다. 피라니 게이지(PG)와 정전용량 압력계(CM), 예를 들어, PG-CM의 측정값 간의 차이는 제1 건조의 종료 또는 2차 건조의 종료를 정의하는 지표로서 사용된다. 일부 양태에서, 동결-건조기의 챔버 압력은 약 100 mTorr의 전형적인 조건, 또는 50 mTorr 또는 200 mTorr와 같은 다른 전형적인 조건으로 유지될 수 있다.

일부 예시적인 실시형태에서, 본 출원의 제형은 동결-건조기의 챔버에 제형을 배치함으로써 동결건조된 케이크를 얻기 위해 동결건조된다. 제형은 유리 바이알과 같은 바이알로 옮겨질 수 있으며, 그 다음 바이알은 동결-건조기의 챔버에 배치된다. 바이알의 충전 깊이(fill depth)는 약 1㎝, 약 1.5㎝, 약 0.8㎝, 약 0.9㎝, 약 1.1㎝, 약 1.2㎝, 약 1.3㎝, 약 1.4㎝, 약 1.6㎝, 약 1.7㎝, 약 1.8㎝, 약 1.9㎝ 또는 약 2㎝이다. 유리 바이알 크기는 약 2㎖, 약 5㎖, 약 10㎖, 약 20㎖, 약 6㎖, 약 7㎖, 약 8㎖, 약 9㎖, 약 15㎖, 약 25㎖, 약 30㎖, 약 40㎖ 또는 약 50㎖이다. 동결-건조기에 유리 바이알을 로딩하는 것은 전체 선반 로딩 또는 부분 선반 로딩일 수 있다.

일부 예시적인 실시형태에서, 본 출원의 제형은 완충액, 부형제, 안정화제, 동결 보호제, 동결건조보호제, 증량제, 가소제 또는 이들의 조합물을 추가로 포함하되; 안정화제는 폴리올, 수크로스, 만니톨, 트레할로스, 소르비톨, 아미노산 또는 이들의 조합이고; 동결 보호제 또는 동결건조보호제는 계면활성제, 당, 염, 아미노산 또는 이들의 조합물이다. 일부 양태에서, 완충액은 아세테이트 또는 히스티딘 하이드로클로라이드를 포함하고, 완충액은 약 5.3의 pH 값을 가지며, 부형제는 폴리소르베이트 80이다. 일부 양태에서, 안정화제는 수크로스일 수 있되, 수크로스 대 펩타이드 또는 단백질의 비는 50 ㎎/㎖의 수크로스와 50 ㎎/㎖의 단백질을 포함하는 것과 같이 약 1:1이다. 일부 제형은 약 1:1, 약 3:1, 약 10:1 또는 약 1:1 내지 10:1의 비의 수크로스와 단백질을 포함한다. 일부 양태에서, 안정화제는 글리세롤, 만니톨, 트레할로스, 소르비톨, 수크로스, 아르기닌 하이드로클로라이드, 알라닌, 프롤린, 글리신, 소듐 클로라이드 또는 이들의 조합물을 포함한다. 일부 양태에서, 안정화제는 동결건조된 케이크 중량의 약 19.9% 내지 약 82.2%를 구성한다. 일부 양태에서, 안정화제는 수크로스이고, 안정화제는 다른 안정화제 성분의 존재 및 단백질, 물 및 다른 부형제의 양에 따라 동결건조된 케이크 중량의 약 3% 내지 약 15%, 바람직하게는 약 5% 내지 11%, 4% 내지 7.5% 또는 5% 내지 7.5%를 구성한다. 양태에서, 중량 기준으로 단백질 대 안정화제의 비는 1:1 내지 3:1, 바람직하게는 1.2:1 내지 2:1, 보다 바람직하게는 약 1.5:1이다. 일부 양태에서, 부형제는 약 0.01% 내지 약 0.96% 계면활성제와 같은 계면활성제를 포함한다. 계면활성제는 지방 아실화 폴리에톡실화 소르비탄과 같은 비이온성 세제를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 약제학적으로 허용 가능한 동결건조된 케이크는 물에 단백질, 완충액, 비이온성 계면활성제 및 하나 이상의 안정화제를 배합함으로써 제조되는 사전-동결건조된 수성 용액, 예를 들어, 단백질 제형으로부터 제조된다. 그런 다음, 용액은 바람직한 목표 잔류 수분 함량을 함유하는 케이크를 제조하기 위해 동결건조된다.

방법은 임의의 전술한 동결건조 공정, 제형, 동결-건조기, 압력 측정 방법, 의약품, 펩타이드, 단백질 또는 항체로 제한되지 않는 것으로 이해된다. 숫자 및/또는 문자로 본 명세서에 제공된 바와 같은 방법 단계의 연속적인 표시는 방법 또는 이의 임의의 실시형태를 특정한 명시된 순서로 제한하는 것을 의미하지 않는다.

특허, 특허 출원, 공개된 특허 출원, 수탁 번호, 기술 기사 및 학술 기사를 포함하는 다양한 간행물이 본 명세서 전반에 걸쳐 인용된다. 이들 인용된 참고 문헌 각각은 모든 목적을 위해 그 전문이 참조에 의해 본 명세서에 원용된다. 달리 기재되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

본 개시내용은 본 개시내용을 보다 상세하게 설명하기 위해 제공되는 하기 실시예를 참조하여 더욱 완전히 이해될 것이다. 이들은 예시를 위한 것이며, 본 개시내용의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

실시예

방법

1. 잔류 수분의 결정

Patel 등에 따라, 동결건조 동안 샘플의 잔류 수분의 백분율을 중량 측정 방법 또는 칼 피셔 방법을 사용하여 결정하였다. 샘플 채취기(sample thief)를 사용하여 동결건조된 샘플이 담긴 바이알을 회수하였다. 선택된 샘플 바이알이 잔류 얼음의 존재로 인해 실온으로 가온한 후 완전히 멜트백 되는 경우에는, 잔류 수분을 중량 측정으로 계산하였다. 선택된 샘플 바이알이 케이크 구조를 유지하는 경우에는, 잔류 수분을 칼 피셔 잔류 수분 분석기를 사용하여 결정하였다. 본 출원의 일부 실시형태에서, 동결건조된 샘플이 담긴 바이알을 회수하기 위하여, 샘플 회수를 위해 동결건조 실행을 중단하였다. 그 후, 동결건조 실행을 재개하였다. 본 출원의 일부 실시형태에서, Vapor Pro® 수분 분석기(아리조나 인스트루먼트 엘엘씨(Arizona Instrument LLC))를 사용하여 샘플의 잔류 수분의 백분율을 분석하였다. 샘플을 Vapor Pro 수분 분석기에서 가열하고, 방출된 휘발성 물질을 총 물(total water)로 전환하기 위해 흐르는 가스의 수분 함량을 측정하기 위한 분석 셀(분석 cell)로 옮겨 물 백분율을 계산하였다.

실시예 1. 1차 건조 완료의 결정

동결건조된 단백질 제형의 제품 안정성을 조사하기 위해 이전 연구를 수행하였다. 결과는 약 0%의 수분 함량을 포함하는 동결건조된 제품이 더 많은 양의 고분자량(HMW) 응집의 형성과 함께 상대적으로 더 낮은 안정성을 가짐을 나타내었다. 약 3% 내지 5%의 수분 함량을 포함하는 동결건조된 제품은 HMW 응집의 양이 적을수록 더 높은 안정성을 가졌다. 25℃의 보관 조건하에서 최적의 안정성을 달성하기 위한 동결건조된 제품의 목표 잔류 수분 함량은 약 4.0%, 약 4.5% 또는 약 3% 내지 5%로 추정되었다.

25℃의 보관 조건하에서 최적의 안정성을 달성하기 위해 약 4.0%, 약 4.5% 또는 약 3% 내지 5%의 동결건조된 제품의 목표 잔류 수분 함량에 도달하기 위해, 1차 건조, 예를 들어, 승화의 완료를 동결건조 공정 동안 결정하였다. 1차 건조의 겉보기 종점, 예를 들어, 시작, 중간점 및 오프셋을 Patel 등에 따라 도 4에 나타낸 바와 같이 1차 건조 시간의 상이한 시점에서 피라니 게이지의 측정에 의해 결정하였다. Patel 등에 따르면, 불완전한 얼음 승화로 인한 잔류 수분 백분율의 프로파일은 피라니 게이지 및/또는 정전용량 압력계에 의해 측정되는 챔버 압력과 관련이 있다. 피라니 게이지(PG)와 정전용량 압력계(CM), 예를 들어, PG-CM의 측정값 간의 차이를 동결건조 공정에서 승화(1차 건조)의 완료를 나타내는 전역 오프셋 지점을 정의하는 지표로 사용하였다. 5% 수크로스 또는 5% 만니톨을 포함하는 단백질 제형을 사용하여 실험을 수행하였다. 시작점에 해당하는 PG-CM의 측정값은 도 4에 나타낸 바와 같이 샘플에서 약 25%의 잔류 수분을 가졌다. 중간점에 해당하는 PG-CM의 측정값은 도 4에 나타낸 바와 같이 샘플에서 약 9%의 잔류 수분을 가졌다. 오프셋 지점에 해당하는 PG-CM의 측정값은 도 4에 나타낸 바와 같이 샘플에서 얼음 승화가 완전히 완료되었을 때 약 5%의 잔류 수분을 가졌다. 5% 수크로스를 포함하는 단백질 제형은 오프셋 지점에서 약 5%의 잔류 수분을 가졌다. 5% 만니톨을 포함하는 단백질 제형은 오프셋 지점에서 약 4%의 잔류 수분을 가졌다.

실시예 2. 목표 잔류 수분 함량을 달성하기 위한 동결건조 공정의 개발

동결건조된 제품의 약 3% 내지 5%의 목표 잔류 수분 함량을 달성하기 위해, 동결건조 공정의 다양한 실험 매개변수를 테스트하였다. 0℃, -10℃, -20℃ 또는 -30℃와 같은 1차 건조의 다양한 선반 온도를 테스트하였다. 승화(예를 들어, 1차 건조)의 완료 후에 2차 건조(또는 1차 건조의 연장)를 수행하였다. 0℃, -10℃, -20℃ 또는 -30℃와 같은 2차 건조의 여러 선반 온도를 테스트하여 2차 건조 동안 탈착 속도의 변화를 조사하였다. 종래의 2차 건조는 일반적으로 약 1% 또는 약 2% 미만의 잔류 수분 함량에 도달하기 위해 약 40℃, 약 35℃ 내지 55℃ 또는 약 25℃ 내지 55℃와 같은 더 높은 온도에서 수행되기 때문에, 본 출원의 실험 설계에서 2차 건조의 선반 온도는 종래의 2차 건조보다 실질적으로 더 낮았다. 대조적으로, 느린 탈착 속도에 도달하기 위해, 본 출원의 2차 건조는 도 3에 나타낸 바와 같이 1차 건조의 선반 온도와 동일한 온도, 1차 건조의 선반 온도보다 약간 더 높은 온도 또는 1차 건조의 선반 온도보다 더 낮은 온도에서 수행하였다.

동결-건조기의 챔버 압력은 약 100 mTorr의 전형적인 조건으로 유지하였다. 단백질 대 수크로스에 대해 1:1의 비로 수크로스를 포함하는, 예컨대, 50 ㎎/㎖의 단백질과 50 ㎎/㎖의 수크로스를 포함하는 단백질 제형을 포함하는 다양한 단백질 제형을 테스트하였다. 유리 바이알의 충전 깊이는 5㎖ 유리 바이알에 2.5㎖를 채우는 것과 같은 약 1㎝였다. 제품의 동결 방식이 후속 건조 거동 및 최종 제품 품질 속성에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 동결건조 공정의 동결 단계 동안 제어된 핵 형성 단계를 사용하였다. 제어된 핵 형성은 더 큰 얼음 결정을 형성하는 것과 같은 빠른 결정화 속도를 촉진할 수 있다.　 큰 얼음 결정은 1차 건조에 필요한 시간을 줄이기 위해 얼음 승화 계면에서 수증기 흐름에 대한 저항을 더 낮출 수 있다.　추가적으로, 동결 동안 핵 형성을 제어하면 배취 내 및 배취 간의 변동이 줄어든다. 케이크의 외관, 수분 함량 및 유리 전이 온도를 조사하는 것을 포함한 분석을 위해 다양한 시점에서 바이알을 제거하였다. 50 ㎎/㎖ MABB, 10mM 아세테이트, 25mM 아르기닌 하이드로클로라이드, 0.2% 폴리소르베이트 80 및 5% 수크로스를 포함하는 제형화된 원료 의약품(pH 5.3)과 같은 MABB(단일클론 항체)를 포함하는 단백질 제형을 동결건조에 사용하였다. 수크로스 대 단백질의 비는 1:1이었다.

2차 건조는 1차 건조를 연장하여 1차 건조의 선반 온도와 동일한 온도에서 수행하였다. 0℃, -10℃, -20℃ 및 -30℃에서 선반 온도를 테스트하였다. 승화 완료 후 탈착 속도를 도 5에 나타낸 바와 같이 상이한 시점에서 잔류 수분의 백분율을 결정하여 분석하였다. 상이한 건조 시점에 해당하는 잔류 수분의 백분율은 지수적 감쇠 곡선(exponential decay curve)을 나타낸다. 잔류 수분 함량은 건조 시간이 증가함에 따라 초기에 현재 속도에 비례하는 속도로 감소하였다. 결국 감쇠는 일정한 값에 접근하는 안정기(plateau)에 도달하였다. 선반 온도를 -30℃로 유지하였을 때, 잔류 수분 함량의 감쇠는 도 5에 나타낸 바와 같이 3% 내지 5%의 잔류 수분의 목표 중량 백분율의 범위 내인 3.5%에 가까운 안정기에 도달하였다. 최종 값이 목표 백분율의 범위 내에 있었기 때문에, -30℃의 선반 온도에 대한 수분 함량의 추가 감소 없이 건조 시간을 연장할 수 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 선반 온도를 -20℃로 유지하였을 때, 잔류 수분 함량의 감쇠는 3% 내지 5%의 잔류 수분의 목표 중량 백분율의 범위를 벗어나는 2.5%에 가까운 안정기에 도달하였다. 선반 온도를 -10℃로 유지하였을 때, 잔류 수분 함량의 감쇠는 3% 내지 5%의 잔류 수분의 목표 중량 백분율의 범위를 벗어나는 2.1%에 가까운 안정기에 도달하였다. 선반 온도를 0℃로 유지하였을 때, 잔류 수분 함량의 감쇠는 3% 내지 5%의 잔류 수분의 목표 중량 백분율의 범위를 벗어나는 1.2%에 가까운 안정기에 도달하였다. 따라서, -20℃, -10℃ 또는 0℃와 같은 더 높은 선반 온도의 경우, 3% 내지 5%의 잔류 수분의 목표 중량 백분율에 도달하기 위해 건조 시간을 제어할 필요가 있었다. 주어진 선반 온도에서 동결건조된 제품의 목표 수분 함량을 달성하기 위한 건조 시간은 선반 온도에서의 탈착 속도를 아는 지수적 감쇠 방정식으로 계산할 수 있다. 선반 온도가 상대적으로 높을수록, 승화 완료 후의 건조 시간은 탈착 속도를 제어하여 수분 함량을 목표 백분율까지 충분히 감소시킬 수 있었다.

실시예 3. 제품 유리 전이 온도

잔류 수분의 백분율에 상응하는 동결건조된 단백질 제형의 유리 전이 온도(Tg)를 분석하였다. 50 ㎎/㎖ MABB(단일클론 항체), 5% 수크로스, 25mM 아르기닌 하이드로클로라이드, 10mM 아세테이트 및 0.2% 폴리소르베이트 80이 포함된 단백질 제형(pH 5.3)을 동결건조시켰다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 잔류 수분의 백분율이 증가하면, Tg가 크게 감소하였다. 권장 보관 온도는 2.5% 잔류 수분의 경우 52℃, 3.3% 잔류 수분의 경우 43℃, 3.6% 잔류 수분의 경우 42℃, 4.9% 잔류 수분의 경우 33℃ 및 6.6% 잔류 수분의 경우 25℃ 이하였다. 실온 보관 제품의 경우, 이러한 제형의 수분 함량은 바람직하게는 5%를 넘지 않았다.

실시예 4. 동결건조된 케이크의 외관

다양한 동결건조 사이클을 테스트하여 동결건조된 케이크의 외관을 조사하였다. 케이크는 동결-건조 동안 감쇠 또는 멜트백의 징후가 없는 것이 바람직하다. 케이크의 멜트백은 1차 건조 동안 얼음 승화 계면에서 제품 제형의 결정제의 공융 용융으로 인한 것일 수 있다. 케이크의 멜트백은 1차 건조 동안 불완전한 얼음 승화로 인한 부분적 또는 완전한 케이크 감쇠의 한 형태로 간주될 수 있다. 바람직한 케이크는 표면 또는 가장자리를 따라 약간의 박리 또는 부서짐과 함께 대부분 균일한 외관을 가지고 있다.

표 1에 나타낸 바와 같이 -20℃ 또는 -30℃의 1차 건조의 선반 온도를 사용하여 6가지 상이한 사이클의 동결건조를 테스트하였다. 50 ㎎/㎖ MABB, 10mM 아세테이트, 25mM 아르기닌 하이드로클로라이드, 0.2% 폴리소르베이트 80 및 5% 수크로스를 포함하는 제형화된 원료 의약품(pH 5.3)을 사용한 동결건조에 MABB(단일클론 항체)를 포함하는 단백질 제형을 사용하였다. 수크로스 대 단백질의 비는 1:1이었다.

동결-건조기의 챔버 압력은 약 100 mTorr의 전형적인 조건으로 유지하였다. 동결건조 공정의 동결 단계 동안 -5℃에서 제어된 핵 형성 단계를 사용하였다. 동결-건조기의 챔버 압력은 피라니 게이지 및 정전용량 압력계로 측정하였다. 피라니 게이지(PG)와 정전용량 압력계(CM), 예를 들어, PG-CM의 측정값 간의 차이는 동결건조 공정에서 승화(1차 건조) 완료의 전역 종점을 정의하기 위한 지표로 사용하였다.

바람직한 절대 압력차, 예를 들어, PG-CM이 충족되면, 1차 건조를 위한 동결건조 공정이 완료되었다. 테스트 결과는 표 2에 나타나 있다. 사이클 1과 6의 케이크는 차이(PG-CM)가 클 때(15 mTorr 이상) 승화의 미완료로 인한 얼음의 존재를 나타내는 멜트백의 형태를 보였다. 사이클 2 내지 5의 케이크는, 예를 들어, 감쇠, 변색 및 멜트백이 없는 양호한 케이크의 외관을 보여주어 차이(PG-CM)가 작을 때(5 mTorr 이하) 얼음 승화의 완료를 나타낸다. 승화 완료 후, 동결건조 제품의 잔류 수분 함량의 백분율을 사용하여 탈착 곡선을 모델링하였다.

실시예 5. 더 긴 지속 시간을 갖는 동결건조 공정

-20℃의 선반 온도를 사용하여 더 긴 지속 시간 및 더 많은 수의 바이알을 이용한 동결건조 사이클을 테스트하였다. 50 ㎎/㎖ MABB, 10mM 아세테이트, 25mM 아르기닌 하이드로클로라이드, 0.2% 폴리소르베이트 80 및 5% 수크로스를 포함하는 제형화된 원료 의약품(pH 5.3)을 사용한 동결건조에 MABB(단일클론 항체)를 포함하는 단백질 제형을 사용하였다. 수크로스 대 단백질의 비는 1:1이었다. 유리 바이알의 충전 깊이는 5㎖의 유리 바이알에 2.5㎖를 채우는 것과 같은 약 1㎝였다. 27개의 바이알을 테스트하였다. 동결-건조기의 챔버 압력은 약 100 mTorr의 전형적인 조건으로 유지하였다.

1차 건조(승화)의 종점은 로딩에 따라 달랐다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 승화의 종료는 (PG-CM)의 값이 2에 도달하였을 때, 예를 들어, 1차 건조가 완료되었을 때, 오프셋 전이를 나타내는 PG 압력 곡선과 함께 발생하였다. 잔류 수분 함량은 승화의 완료 후 점차 감소하여 도 7에 나타낸 바와 같이 4.3% 또는 3.8%로 감소되는 것과 같이 3% 내지 5%의 잔류 수분의 목표 중량 백분율에 도달하였다. 동결건조 공정이 더 오래 지속되었을 때, 잔류 수분 함량은 여전히 3% 내지 5%의 허용 가능한 범위 내에서 크게 감소하지 않았다. 동결건조의 지속 시간을 며칠 연장하였을 때, 잔류 수분 함량은 2.5%에 도달하였다.

승화 완료 후 탈착 속도를 -20℃ 또는 -30℃의 선반 온도를 사용하여 분석하였다. 도 8에 나타낸 바와 같이, -30℃의 선반 온도에 대한 승화(1차 건조) 후 수분 함량(Y축)은 9%에 도달하였다. -30℃의 선반 온도에서 탈착 속도를 도 8의 X축에 나타낸 바와 같이 50시간, 100시간, 150시간 또는 그 이상과 같이 연장된 지속 시간, 예를 들어, PG 압력 곡선의 오프셋 지점(얼음 승화의 종료)으로부터의 시간으로 제어함으로써 2차 건조(탈착)(또는 연장된 1차 건조)를 수행하였다. 얻어진 잔류 수분 함량은 약 30시간에서 최대 150시간 또는 그 이상의 연장된 지속 시간 동안 -30℃의 선반 온도에 대해 3% 내지 5%의 잔류 수분의 목표 중량 백분율의 범위 내에 있었다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 수분 함량은 -20℃의 선반 온도에 대해 승화(1차 건조) 완료 후 7%에 도달하였다. -20℃의 선반 온도에서 탈착 속도를 도 8의 X축에 나타낸 바와 같이 50시간, 100시간, 150시간 또는 그 이상과 같이 연장된 지속 시간, 예를 들어, PG 압력 곡선의 오프셋 지점(얼음 승화의 종료)으로부터의 시간을 제어함으로써 2차 건조(탈착)를 수행하였다. 얻어진 잔류 수분 함량은 50시간의 지속 시간 내에 -20℃의 선반 온도에 대해 3% 내지 5%의 잔류 수분의 목표 중량 백분율의 범위 내에 있었다. 얻어진 잔류 수분 함량은 -20℃의 선반 온도에 대해 최대 150시간 또는 그 이상의 연장된 지속 시간 동안 잔류 수분 함량의 목표 백분율보다 약간 낮았으며, 이는 탈착 시간이 제어된 -20℃ 선반 온도에서 50시간, 바람직하게는 10시간 내지 30시간 이내로 제어되어야 함을 나타낸다.

동결건조를 개발하기 위한 실험 설계(design of experiment: DOE)를 표 3에 나타낸 바와 같이 수행하였다. 단백질 농도는 5% 내지 15%에서 테스트하였다. 수크로스 농도는 0% 내지 5%에서 테스트하였다. 아르기닌 하이드로클로라이드 농도는 0% 내지 2%에서 테스트하였다.

Claims

동결건조된 케이크를 제조하는 방법으로서,
제형을 제조하는 단계로서, 상기 제형은 적어도 하나의 용매 분자 및 펩타이드 또는 단백질을 포함하는, 상기 제조하는 단계;
제형을 동결건조시켜 동결건조된 케이크를 얻는 단계로서,
동결-건조기의 챔버에 상기 제형을 배치하는 단계,
상기 제형을 동결시키는 단계
를 포함하는, 상기 동결건조된 케이크를 얻는 단계,
상기 제형에 대해 제1 건조를 수행하여 승화(sublimation)에 의해 적어도 하나의 동결된 용매 분자를 제거하는 단계로서, 상기 제1 건조는 약 0℃ 이하의 동결-건조기의 선반 온도(shelf temperature)에서 수행되는, 상기 제거하는 단계, 및
상기 제형에 대해 제2 건조를 수행하여 적어도 하나의 용매 분자를 제거하여 동결건조된 케이크 내의 적어도 하나의 용매 분자의 목표 중량 백분율을 얻는 단계로서, 상기 제2 건조는 0℃ 이하인 동결-건조기의 선반 온도에서 수행되는, 상기 목표 중량 백분율을 얻는 단계
를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 동결건조된 케이크 내의 적어도 하나의 용매 분자의 목표 중량 백분율은 제어된 건조 속도를 이용한 상기 제2 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도에 의해 제어되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 동결건조된 케이크 내의 적어도 하나의 용매 분자의 목표 중량 백분율은 제2 건조를 위한 지속 시간에 의해 제어되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도는 상기 제1 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도와 같거나 또는 약간 더 높은, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도는 상기 제1 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도와 동일한, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도는 상기 제1 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도보다 더 높은, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도는 상기 제1 건조를 위한 동결-건조기의 선반 온도보다 더 낮은, 방법.
제1항에 있어서, 상기 동결건조된 케이크 내의 적어도 하나의 용매 분자의 목표 중량 백분율은 약 3% 내지 5%, 약 4% 또는 약 4.5%인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 펩타이드 또는 단백질은 항체, 항체 단편, 항체의 Fab 영역, 항체-약물 접합체, 융합 단백질, 단백질 의약품 또는 약물인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 동결건조된 케이크는 실온의 보관 조건하에서 안정하거나 또는 냉장 보관에 대해 개선된 안정성을 갖는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 용매 분자는 물 분자인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 동결-건조기의 챔버 내 압력의 변화에 기초하여 상기 제1 건조의 종료를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 동결건조된 케이크의 온도는 상기 제1 건조에서 동결건조된 케이크의 감쇠 온도(collapse temperature) 미만인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제형은 완충액, 부형제, 안정화제, 동결 보호제, 증량제, 가소제 또는 이들의 조합물을 추가로 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, 상기 완충액은 아세테이트 및/또는 히스티딘 하이드로클로라이드를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, 상기 완충액은 약 5.3 또는 약 6의 pH 값을 갖는, 방법.
제14항에 있어서, 상기 부형제는 폴리소르베이트 80인, 방법.
제14항에 있어서, 상기 안정화제는 수크로스이되, 상기 수크로스 대 펩타이드 또는 단백질의 비는 약 1:1, 약 3:1, 약 10:1 또는 약 1:1 내지 10:1인, 방법.
제14항에 있어서, 상기 안정화제는 폴리올, 수크로스, 만니톨, 트레할로스, 소르비톨, 아미노산 또는 이들의 조합물인, 방법.
제14항에 있어서, 상기 동결 보호제는 계면활성제, 당, 염, 아미노산 또는 이들의 조합물인, 방법.