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换个缓冲液,蛋白制剂能更稳定吗?——生物药筛选优化案例解读

换个缓冲液,蛋白制剂能更稳定吗?——生物药筛选优化案例解读
马尔文帕纳科  2026-11-02  |  阅读:91 400-818-3288

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本文摘要

蛋白质药物(生物药)的研发中,最让研究人员头疼的,往往不是“造出分子”,而是“让它稳定”。同一款蛋白,换一个缓冲液配方,稳定性就可能天差地别!这直接关系到生物药产品的保质期、安全性和开发成本。


怎么在最短时间内找到最能稳定蛋白的缓冲体系?我们用马尔文帕纳科Zetasizer Core高通量蛋白稳定性分析仪的一个溶菌酶案例讲清楚。


判断蛋白“稳不稳”,看三个信号


在生物制药的开发、制剂优化和质量控制全过程中,蛋白质稳定性都是一项关键的考量因素。要把“蛋白稳定性”说清楚,先认识三种常用检测技术,它们各有分工:


·DLS(动态光散射):给蛋白“量身材”。看蛋白是以单体存在,还是已经聚集,粒径是否均一,可以提前提示制剂质量发生变化。

·DSF(差示扫描荧光):给蛋白“测体温”。给样品逐渐升温,看它在多少度发生变性,这个熔解温度(Tm)越高,通常说明蛋白越稳定。

·SLS(静态光散射):盯住蛋白“何时聚集”。在升温过程中捕捉聚集的起始点(通常定义为Tagg)。


Highlight 1

过去往往要分几台仪器、分几次实验才能拼齐这三种测试的检测数据。而马尔文帕纳科最新发布的 Zetasizer Core 蛋白稳定性分析仪,把 DLS、SLS 和内源荧光 DSF 整合到同一平台——同一样品、同一测试条件下一次测量,尺寸、聚集与热稳定性出自同一体系,比对更可靠。


为什么缓冲液这么关键?


缓冲液的 pH、离子强度和成分,会直接影响蛋白的带电状态与折叠构象,进而影响它的热稳定性和长期稳定性。选对缓冲液,本质就是在制剂开发早期锁住最有利的条件,帮研发人员缩短开发周期、减少后期返工。


真实案例:溶菌酶 × 五种配方


01 实验材料及检测方法


实验把 1 mg/mL 的溶菌酶配成 5 种体系:PBS、醋酸盐缓冲液(pH 4.0)、50 mM HEPES(pH 7.0)、10 mM Tris(pH 7.0)、10 mM NaCl。使用Zetasizer Core蛋白稳定分析仪中的多模块进行测试:先用 DLS 量粒径,再用 DSF + SLS 测热稳定性和胶体稳定性,每个配方做 8 个重复孔验证重复性。


将20μL样品分装至384孔圆底Aurora微孔板的单个孔中。DLS测量在背向角(158°)下进行,每孔三次采集,每次采集时间1秒。热稳定性测量采用 25 °C 至 85 °C 的温度范围,升温速率为 1 °C/min,对应连续测量 1 °C 的温度增量。内源荧光测量使用 280 nm 激发波长,UV 强度 100%。同时,以一定激光强度在 830 nm 处测量静态光散射(SLS)。


Highlight 2

这样成体系的对比筛选,正是 Zetasizer Core 的强项:它支持最高约每分钟 192 个样品的高通量测量,最低上样量仅 4 µL,且只使用标准微孔板、无需专用耗材,几步即可完成设置出结果。换句话说,用同样多的蛋白样品,研发人员能在更短时间内跑完更多缓冲液组合,尽早锁定候选方案——这正是生物药早期筛选看重的“快”与“省”。


02 测试结果


先看 DLS:大部分都“身单影只”


所有体系的平均流体动力学直径都在 3.5 nm 左右、多分散指数较低,说明溶菌酶在受热前基本以单体、单体状态存在。唯一例外是 HEPES——粒径最小(3.16 nm),但多分散指数最高(0.19),分布明显更宽,这通常是稳定性欠佳的早期信号。

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图1 溶菌酶在不同缓冲液中的粒径分布:HEPES 分布最宽,稳定性信号初现(数据来源:马尔文帕纳科应用报告)


再看 DSF/SLS:醋酸盐最能“扛热”


热去折叠结果显示,醋酸盐缓冲液表现最好:熔解温度 Tm1 高达 77.2 °C,起始去折叠温度 72.8 °C,比 PBS 高了约 5 °C,热稳定作用显著(与溶菌酶在温和酸性下的天然稳定特性相符)。NaCl 和 Tris 也比 PBS 略有提升;HEPES 的热稳定性最低,和 DLS 看到的更宽粒径分布相互印证。


而 SLS 的聚集信号,只在 PBS 中清晰出现,多数体系并没有明确的聚集转变——这说明去折叠与聚集并不总是同步发生。正因如此,判断蛋白稳定性不能只靠单一技术,多角度、正交验证才更可靠。

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图2 不同缓冲液中溶菌酶的热去折叠曲线:a) DSF,b) SLS;在醋酸盐缓冲液中表现出最高的热稳定性(数据来源:马尔文帕纳科应用报告)


给研发人员的判断框架


通过上述测试结果,把三种技术的检测数据叠在一起,本次溶菌酶缓冲液筛选的结论就很清楚了:

·醋酸盐缓冲液(pH 4):测试范围内最优,兼具热稳定性与窄粒径分布;

·对溶菌酶而言,HEPES 缓冲液最不利,热稳定性低、粒径分布宽;

·方法学提示:早期制剂开发用“高通量 + 多技术组合”筛选,能更快锁定候选配方。


结语

看懂方法,比记住结论更重要!需要说明的是,这只是一例模型蛋白的结论,不同蛋白的“最佳缓冲液”并不相同;但马尔文帕纳科Zetasizer Core高通量蛋白稳定性分析仪“DLS+DSF/SLS组合,重视重复性验证”的方法,可以在不同蛋白质的缓冲液筛选中迁移复用。


>>> 关于马尔文帕纳科

马尔文帕纳科(Malvern Panalytical)是全球材料表征领域的专家。随着Micromeritics ——技术高度互补的新成员加入,进一步完善了马尔文帕纳科的材料表征解决方案。


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