1、疫苗处方开发的挑战

疫苗处方开发面临很多挑战，如：

疫苗单剂量浓度可能低至个位数微克，相比之下，原液通常有较高的浓度，要同时保证原液和制剂稳定；

对于含有几种活性疫苗成分的多价疫苗，需要开发使所有活性成分都稳定的处方；

大多数蛋白类疫苗需要添加佐剂，如铝盐、MF59、AS01、CpG等来增强免疫反应，增加了疫苗处方的复杂性。

2、QbD作为疫苗配方开发的指导原则

根据ICH Q8 R2，QbD是“一种系统的研发方法，其以预先设定目标为起始，基于可靠的科学和质量风险管理，强调对目标产品和生产过程的理解及对工艺的控制”。处方开发参考QbD原则，应用于研发至生产的全过程。基于QbD的处方开发通常包括以下步骤：

(1) 目标产品质量概况（Quality Target Product Profile ，QTTP）的制定；

(2) 根据所需要的质量概况，识别产品CQA（关键质量属性，Critical Quality Attributes），并列出可能受制剂处方影响的CQA；

(3) 进行预处方研究和强降解研究表征分子降解途径，初步筛选降解的处方因素和佐剂与蛋白的相互作用；

(4) 通过预处方研究，并评估质量属性对药品安全性和有效性的（潜在）影响，更新CQA；

(5) 通过筛选研究开发制剂处方；

(6) 根据产品CQA，开发和控制生产过程，制定生产控制策略。

3、预处方研究

也称处方前研究，Pre-formulation studies，处方前研究为处方开发提供了科学基础。对所有抗原成分和佐剂的物理化学性质进行研究，旨在表征它们的影响以及它们的组合对产品CQA的影响。处方前研究目的包括但不限于：

(1) 支持抗原结构解析和未来制剂开发的分析方法开发；

(2) 鉴定与抗原安全性和有效性相关的生物分子特征；

(3) 识别抗原降解途径和相关应力条件的敏感性，例如，热应力和剪切应力、pH、氧化、冻融等；

(4) 通过筛选研究初步鉴定配方因素（pH、缓冲液、赋形剂），并初步评估与其他配方成分（如容器封闭系统、佐剂）的兼容性。

处方前研究为鉴定蛋白质特征提供了基本信息，包括降解途径及其在常见应力条件下发生的概率。应通过处方前研究更新产品质量属性列表，作为后续处方开发的参考。

4、处方开发和优化

4.1 确定合适的剂型

基于蛋白类抗原结构的复杂性、多种抗原的同时存在以及佐剂的存在，确定蛋白类疫苗的合适剂型是一项具有挑战性的任务。蛋白质天然结构的维持对于确保产品质量和保证产品在有效期内的稳定性至关重要。在设计新疫苗的剂型时，必须考虑各种因素（通常在QTPP中描述），例如：

(1) 所需的给药方法：非肠道给药、透皮给药等；

(2) 所需的产品形式：液体、冻干粉；

(3) 佐剂系统的类型：例如铝盐、乳液等；

(4) 剂量：如蛋白质/佐剂比例、剂量体积；

(5) 容器封闭系统：例如，西林瓶、预充针注射器等；

(6) 物流：运输、储存温度、所需保质期等。

在2~8℃储存在西林瓶或预充针注射器中的液体制剂形式通常是商业化的首选，因为它简化了生产过程和产品物流，以及疫苗接种者的疫苗管理。

4.2 处方组成的筛选

处方开发是通过筛选最合适的配方因素（如pH、缓冲剂、其他赋形剂、容器/封闭系统）开始的，并在后续过程中确认赋性剂浓度及处方中各因素的范围，最终确认处方。在整个开发研究过程中，还应考虑最终药物产品中所有成分的兼容性以及对生产过程的影响。

(1) pH和缓冲液

pH、缓冲液种类、缓冲液浓度均是在处方开发阶段需要考虑的因素。由于待评估的缓冲体系和pH可能存在非常多组合，可以使用高通量筛选，以在有限的材料和时间下评估不同的pH、缓冲液类型和浓度，筛出最合适的产品组成。

(2) 辅料

亦称赋形剂，疫苗的配方组成应尽可能简单；如果需要稳定抗原或显著改善疫苗递送或生产，则可以添加除缓冲剂和佐剂之外的辅料。赋形剂目的是为了提高抗原的物理稳定性，也用于减少抗原与容器或工艺相关接触材料的相互作用。表面活性剂（例如，聚山梨酯），氨基酸和糖（例如，蔗糖、海藻糖）可用于减少这些相互作用。其他赋形剂通常用于提高氧化稳定性（如甲硫氨酸、抗坏血酸、EDTA）或在多剂量存在的情况下确保无菌环境。在筛选过程中，应使用不同的应力条件评估各种候选配方，以预测在生产、运输、或实时存储条件下的稳定性。

(3) 容器封闭系统

用于非肠道疫苗产品的最常见的容器封闭系统是西林瓶或预充针注射器，应在开发过程中进行兼容性研究。

(4) 佐剂

佐剂是一种能够增强或调节接种者对抗原的免疫反应的药理学物质，通常是疫苗不可或缺的一部分。目前，已上市疫苗中最常用的佐剂为铝佐剂以及水包油乳液（例如MF59），此外还有大量的其它佐剂在近期上市的疫苗及研发中的疫苗中应用。例如AS01佐剂系统，一种基于脂质体的含有两种免疫刺激剂，3-O-去乙酰基-40单磷酸脂质A（MPL）和皂苷QS-21的系统，与带状疱疹疫苗Shingrix结合使用。

在进行处方开发时，佐剂与所有制剂成分的兼容性应作为开发的一部分。一些佐剂会与抗原相互作用。如铝佐剂，通常吸附抗原，抗原吸附的百分比是在处方开发过程中的重要质量属性。相反，其他佐剂通常不会与抗原相互作用，如，AS01、MF59。由于这些知识对定义和控制疫苗产品的所有CQA至关重要，因此，应在处方前研究就开始进行相互作用研究。

4.3 处方稳健性研究

在确定目标产品组成后，需要通过多变量研究，通常使用DoE研究，对处方中各组分范围进行确认，以证明处方中各组分含量在一定范围波动时，也满足生产、运输和长期储存。

4.4 冻干疫苗与复溶剂的兼容性研究

冻干的疫苗产品在接种之前，需要使用复溶剂进行复溶。复溶剂可能是水，也有可能是佐剂系统。使用佐剂进行复溶时，应通过理论和实验评估兼容性。下图展示了冻干疫苗对相关质量属性的兼容性评估。这项研究比较用水复溶的疫苗和用佐剂复溶的疫苗，以复溶时间为0点，并在25℃放置4小时后进行分析。所获得的实验结果支持了该疫苗产品的兼容性。

5、总结

QbD作为一项基本原则其实应用于药品研发的各个方面，对于疫苗处方开发来说，需清晰各个开发阶段的CQA，以及CQA与安全性有效性的关系，才能更精准的了解开发目标，这还需要制剂部门与临床及分析的同事共同努力。

参考文献  

[1] QbD approach to formulation development for protein-based vaccines. Practical Aspects of Vaccine Development. 2022; 137-156.

[2] Formulation development and comparability studies with an aluminum-salt adjuvanted SARS-CoV-2 Spike ferritin nanoparticle vaccine antigen produced from two different cell lines. bioRxiv. 2023: doi: 10.1101/2023.04.03.535447. Preprint