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相比于静脉注射的抗体药物，皮下注射制剂可以减少输液的时间，较少输液耗材使用，同时一些预装针的使用可以方便患者自行用药和长期用药，提高用药依从性。因此，在已上市注射剂的基础上，进一步开发皮下注射剂型成为下一代抗体药物开发的新选择。同时，新开发的抗体制剂也大多数转向皮下制剂开发。然而，皮下注射制剂与静脉注射相比，浓度较高，物理稳定性较差，且容易产生免疫反应，开发皮下注射制剂存在一定挑战。本文对抗体皮下注射制剂开发技术进行总结，以期为业内相关研究提供参考。
一、提高抗体浓度技术
1.处方
皮下注射制剂给药体积一般小于2ml,要想与静脉注射制剂达到相同的给药剂量就必须提高给药浓度，然而高浓度的抗体制剂物理稳定性差，容易聚集，且粘度较大，给生产工艺中灌装及后续注射器给药带来不便。从处方上考虑通常添加聚山梨酸酯等非离子表面活性剂以减少抗体聚集。需要注意的是，残留宿主细胞蛋白(HCPs)中的酶可诱导水解表面活性剂分子中的酯键，导致聚山梨酸酯的降解，并且这种影响在高单抗浓度下可能更加明显。此外，可以通过改变离子强度、优化pH值/选择合适缓冲液或使用特定添加剂(如精氨酸等氨基酸、氯化钠等)来降低粘度。
2.制剂工艺
处方调整后，对于仍然易于聚集，稳定性较差的抗体，可以考虑采用冻干工艺提高长期储存稳定性。然而，冻干粉针剂需要稀释剂和重构步骤，无法使用标准预充式注射器和自动注射器进行患者自我给药，需要使用更复杂的双腔注射器，将冻干产品和稀释剂分别放在不同的腔室中，增加了皮下给药的复杂性。此外，高浓度的冻干制剂由于冻干饼的物理性质，例如孔径和结晶度等影响，复溶时间很有可能会长达30分钟以上。
近年来，研究者们开发了一些新的高浓度抗体制剂制备方法，例如，Maa等人研究了使用喷雾干燥制备高浓度单抗粉末悬浮液的方法，运用喷雾干燥的方法将单抗悬浮在乙酸乙酯、苯甲酸苄酯或Miglyol 840中，抗体浓度大于300 mg/ml。Bechthold-Peters等人还讨论了其他蛋白质干燥技术，例如超临界流体干燥。另外，Altus biologics公司固体单克隆抗体晶也已成功用于开发高浓度的单克隆抗体悬浮液，并已在临床前和早期临床开发中进行了测试。但是，皮下给药的单克隆抗体晶体可能会产生一些不希望的缓释效应。
二、增大给药体积技术
当药物浓度提高到一定限度仍然不能满足给药剂量时，可以考虑采取一些办法增大给药体积。一般来说，皮下注射剂的最大注射量约为1-2 mL。然而，皮下注射量取决多方面因素，包括注射速度、注射部位、注射量、渗漏/组织背压、药物制剂组成和个体患者特征，包括患者的疼痛感觉敏感性等。Mathaes等人得出结论，可以考虑大于2.5 mL的皮下注射体积，例如，600mg卡西维单抗和600mg 伊德单抗注射用于COVID-19单抗治疗;使用方法为120 mg/ml浓度在不同部位进行四次皮下注射，每次2.5 mL。另一个例子是evolocumab，此药可通过可穿戴设备在5-9分钟的时间内注射420mg /3.5 mL。
通过使用重组透明质酸酶PH20 (rHuPH20)，一种降解局部透明质基质的酶，可以显著增加皮下给药的最大注射量。透明质酸存在于人体皮下间隙，作为液体流动的一个屏障。透明质酸酶通过在注射部位局部分解透明质酸并暂时清除该屏障，因此大量的液体可以被注入皮下间隙并分散。而透明质酸在24小时之内即可在皮肤下恢复。因此，采用重组人透明质酸酶（rHuPH20）技术可突破给药量限制在2ml的皮下天然屏障，允许将较大剂量的药物通过一次皮下注射递送。rHuPH20在包括欧盟和美国在内的全球多个市场获得批准，其安全性和有效性已得到证实。临床研究还发现，rHuPH20有助于改善共同给药产品的药代动力学特征，提高生物利用度、提升最高血药浓度（Cmax），以及缩短药物达峰时（Tmax）等。使用rHuPH20开发用于皮下注射制剂的单克隆抗体的例子包括赫赛汀®和MabThera®。赫赛汀®皮下注射实现曲妥珠单抗剂量的浓缩，从420mg（20ml）浓缩至600mg（5ml），和静脉剂型具有相似的药代动力学结果。MabThera 10mg/ml通过静脉输注给药全程耗时约2.5小时，而皮下注射剂型MabThera(非霍奇金淋巴瘤（NHL）: 1400 mg /11.7 mL; 慢性淋巴细胞白血病（CLL）: 1600 mg, 13.4 mL solution)通过皮下注给药，耗时仅为5分钟，而且创伤更小。
三、抗体设计技术
当上述技术都无法满足开发皮下注射剂所需的浓度或体积时，就需要从分子本身的角度出发寻求新的突破。例如，治疗性单克隆抗体的主要同型IgG1家族，其氨基酸序列总体上非常相似，只有可变区域的12个CDRS是高度可变的;使用蛋白工程可以在不影响其抗原结合或Fc药理活性的情况下，提高分子的延展性，降低黏度和防止聚集。Wu和他的同事们通过在可变区突变，通过改变CH3-H区疏水性，以及在CH2-H区引入n -糖基化位点增加其pl来设计他们的IgG1分子。据报道，最后一种方法的溶解度提高了至少8倍，同时保持了原有的结合亲和力。Kant及其同事在单克隆抗体中发现了聚集倾向区(APRs)。通过引入人工合成的“卡口”残基，在保持抗原结合的同时，显着降低聚集倾向。
另一种方法是设计抗体片段，而不是使用整个单抗分子。例如，上市单抗片段(Fab)有阿昔单抗和雷珠单抗。此外，单克隆抗体的基本分子结构可以重新设计，例如：Certolizumab pegol(塞妥珠单抗）是抗TNF- α单抗的Fab片段和聚乙二醇(40 kDa)的组合。它的总分子量是91 kDa。Certolizumab pegol可作为200 mg/mL溶液用于皮下注射，其药代动力学行为(tmax和t1/2)与全长链单抗相当。另一个例子是纳米抗体，它是在羊驼外周血液中发现的一种天然缺失轻链的抗体。这类抗体只包含1个重链可变区（VHH）和2个常规的CH2及CH3区，与人工改造的单链抗体片段不同，其不易相互粘连、聚集成块，更重要的是，单独克隆并表达的VHH结构具有与原重链抗体相当的结构稳定性以及结合抗原的活性，是已知可结合目标抗原的最小单位，因此被称作纳米抗体或单域抗体。唯一被批准的纳米抗体制剂是一种二价单域抗体caplacizumab，其分子量为28 kDa，体内半衰期相对较短，因此皮下注为一天一次。Caplacizumab是治疗血栓性血小板减少性紫癜（TTP）的纳米抗体药物。
四、批准上市产品
下表展示了FDA批准的不同注射剂型单抗
以下选择两个国内上市静脉注射制剂改成皮下注射制剂案例进行解析
案例1
案例2
2021年，先声药业、思路迪医药、康宁杰瑞生物制药三方战略合作的PD-L1单域抗体恩维达®(恩沃利单抗注射液)正式获得NMPA批准，成为首个且目前唯一获准上市的皮下注射PD-L1抗体药物。它是人源化抗程序性死亡配体-1（PD-L1）单域抗体和人免疫球蛋白IgG1Fc片段的新型融合蛋白，与其他静脉注射单抗相比，该产品独特的分子结构为皮下注射提供成药的可能性，注射剂量只是其他静脉注射药物绝对剂量的八分之一，安全性更高。此外，临床治疗只需要皮下注射30秒，使得肿瘤免疫治疗可在家完成。近两年，药企开发皮下注射PD-L1热情高涨，君实生物特瑞普利单抗皮下注射液JS001sc已于2022年3月获批临床，恒瑞PD-1皮下注射剂SHR-1901正在开展临床研究，百济神州也于今年8月向NMPA递交了替雷利珠单抗皮下注射剂的临床申请。
四、总结
开发皮下注射抗体制剂关键在于提高抗体浓度的同时避免蛋白的聚集，尽量降低抗体粘度。对于创新药而言，如果能在药物设计阶段就考虑高溶解性、低粘度和低聚集的抗体分子将有助于规避后期制剂开发的种种问题，从而简化药物开发途径，缩短开发时间。对于改变给药途径的药物开发而言，选择合适的辅料、运用新型的制剂技术是开发成功的关键。为了便于高粘度抗体制剂的皮下注射，一些新型的给药系统也应运而生，例如：锥形针以及具有各种压力分布的高压注射器，可用于各种类型产品皮下注射。此外，还有一些通过25#针头可以注入粘度值高达1000cp的溶液的输液系统，如Bespak和Arc-Bios系统。随着技术的发展，越来越多的新方法可以使皮下注射剂的开发成为可能。值得注意的是，不管是新分子还是改变给药途径，开发皮下注射剂首先还是要从临床安全性和有效性出发，关注免疫原性和药代动力学的变化。
参考文献：
1.Jiskoot W, Hawe A, Menzen T, Volkin DB, Crommelin DJA. Ongoing Challenges to Develop High Concentration Monoclonal Antibody-based Formulations for Subcutaneous Administration: Quo Vadis? J Pharm Sci. 2022 Apr;111(4):861-867.
2.Turner MR, Balu-Iyer SV. Challenges and Opportunities for the Subcutaneous Delivery of Therapeutic Proteins. J Pharm Sci. 2018 May;107(5):1247-1260.
3.Bittner B, Richter W, Schmidt J. Subcutaneous Administration of Biotherapeutics: An Overview of Current Challenges and Opportunities. BioDrugs. 2018 Oct;32(5):425-440.
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