药用辅料分析与质量控制 | LC-Q/TOF结合PolymerStudio 软件进行吐温成分精细表征和对比研究

研究背景

聚山梨酯，商品名吐温，亲水性和化学稳定性强，添加到药物制剂中，可提高活性成分的溶解度，或者通过抑 制大分子蛋白药物的自行聚集来提高蛋白药物的稳定性。目前抗体制剂配方中，吐温 20 和吐温 80 是最常用的表面活性剂类辅料。

理论上，吐温是脱水山梨醇聚氧乙烯与脂肪酸的单酯化产物，其中吐温 80 主要成分为油酸酯，而吐温 20 中有月桂酸酯和肉豆蔻酸酯等多种脂肪酸酯成分，吐温 20 和吐温 80 的理论聚合度均为 20（结构见图 1）。而实际工业生产中，吐温合成要经过一系列复杂的聚合反应，因而吐温产品本身是一系列组分的混合物。有报道称，吐温中的某些组分，如聚氧乙烯异山梨醇酐一油酸酯（PIM），可能与注射剂的不良反应有关。生物制剂中，在缓冲溶液的 pH 值、金属离子、活性酶等影响下，吐温可能发生氧化和水解等降解反应。吐温降解不仅会造成吐温含量的降低，还会产生游离脂肪酸，可能导致生物制剂中出现不溶性微粒等问题，从而对药品的安全性和有效性造成深远的影响。

为了更好地评估吐温质量和更早地发现制剂中吐温成分的变化，我们开发了一种基于 LC-Q/TOF  AIM 模式分析吐温成分的方法。该方法结合 PolymerStudio 药 用辅料智能分析软件，无需专业质谱经验，即可实现吐温组成成分的自动化表征。为吐温精细结构分析和组成成分的深入探究，以及不同辅料间的比较分析，提供高效便捷和灵敏可靠的分析方法。

图 1. 吐温 20 和 吐温 80 的理论结构

方法概要

实验采用反相色谱法，经过前期色谱柱的筛选和流动相的优化，使吐温 20/40/60/80 中的各成分按照不同的结构和聚合度进行初步分离，再结合高分辨质谱进行表征。在此基础上，研究者探索了吐温中的理论成分，建立了保留时间数学模型，确认了不同成分的特征碎片离子，并开发了 PolymerStudio 药 用辅料智能分析系统，用于自动解析聚合型辅料的质谱信息。实验人员仅需要按照 SOP 方法处理样品并采集 LC-Q/TOF 数据，在 PolymerStudio 软件中调用适当的数据库，并简单设置参数，即可实现吐温类样品成分的自动化表征，并可进行样品间的对比研究。吐温辅料样品稀释后直接检测。大分子制剂可采用乙腈沉淀去除蛋白后再检测，如需浓缩，建议氮吹后复溶。具体实验条件参考前篇推送（见文末推荐阅读篇）。

吐温组成成分精细表征

图 2 展示了某吐温 20 样本的 TIC 色谱图及软件分析结果。结构简单的吐温组分，如聚氧乙烯（POE）、聚氧乙烯脱水山梨醇（PS）、聚氧乙烯异脱水山梨醇（PI），不同聚合度的化合物在色谱中有适度分离；稍微复杂一些的单酯，不同母核及脂肪酸酯的组分可以得到分离；对于二酯、三酯、四酯等高酯化组分，色谱层面难以完全分离，但可以观察到保留时间变化的趋势。软件会利用加合离子、质量偏差、特征碎片等信息，详细分析每一种可能的成分及相对含量（精确到不同聚合度的每一个化合物），并根据不同样品特点和统计需求，计算出整合后的结果，如不同亚类成分的相对含量、样品平均聚合度和酯化度等。

图 2. 吐温 20 的成分表征（TIC 色谱图及组分标识）

吐温降解研究

在每个吐温样品精细表征定性分析的基础上，也可对不同吐温样品进行组成成分的相对定量和对比分析。这种对比研究可用于不同厂家或者同一厂家不同批次的吐温原料比较，也适用于吐温降解通路的分析研究。

我们对蛋白制剂中的吐温 20 加速降解进行了研究。从组成成分的精细表征结果看，辛酸单酯、癸酸单酯和月桂酸单酯的含量变化较小，肉豆蔻酸单酯和月桂酸单酯，油酸单酯的含量随着反应时间延长而明显降低。双酯及更高酯化度的化合物，随着反应时间延长，信号强度明显减小甚至消失。下表展示了部分成分，包括未酯化成分和月桂酸酯的含量变化，聚氧乙烯（POE）、聚氧乙烯异脱水山梨醇（PS）、聚氧乙烯单月桂酸酯（PML）、聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯（PSML）、聚氧乙烯异脱水山梨醇单月桂酸酯（PIML）相对含量增加，而聚氧乙烯脱水山梨醇双月桂酸酯（PSDL）、聚氧乙烯脱水山梨醇三月桂酸酯（PSTL）、聚氧乙烯脱水山梨醇四月桂酸酯（PSEL）、聚氧乙烯异脱水山梨醇双月桂酸酯（PIDL）等高酯化物相对含量明显降低，甚至无法检出。

安捷伦与科迈恩以及中国医学科学院/协和医学院药物研究所共同推广的 UHPLC-6500 系列 Q-TOF MS 结合 PolymerStudio 聚合物分析软件的一体化解决方案，帮助解决了药 用辅料质量研究和质量控制中的挑战，加快了药物制剂开发的进程，是制剂处 方筛选与工艺优化过程中分析工作的有力武器。