Разработка, характеризация и оценка стабильности лиофилизированной формы экулизумаба для использования в качестве стандартного образца

Цели. Целью данного исследования была разработка стабильной лиофилизированной формы моноклонального антитела экулизумаб, характеризация полученного материала и оценка его стабильности для аттестации в качестве стандартного образца. Для достижения поставленных целей требовались разработка соответствующего состава плацебо, определение оптимальных условий лиофилизации и проведение исследования стабильности.

Методы. В ходе разработки состава плацебо и условий лиофилизации экулизумаба были протестированы различные буферные системы и криопротекторы. Содержание остаточной воды в лиофилизированных образцах определяли методом титрования по Карлу Фишеру. Пептидное картирование проводили методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) после ферментативного гидролиза трипсином. Структурные, физико-химические и биологические свойства анализировали с использованием широкого ряда аналитических методов, включая обращенно-фазовую ВЭЖХ, жидкостную хромато-масс-спектрометрию, капиллярный гель-электрофорез, эксклюзионную ВЭЖХ и иммуноферментный анализ.

Результаты. Для лиофилизации экулизумаба был выбран буферный раствор следующего состава: 20 мМ фосфат натрия, 4% трегалозы, 0.2% полисорбата 80, pH 7.0. Полученные результаты продемонстрировали высокую степень сходства между кандидатом на стандартный образец и референсным образцом экулизумаба. Исследования стабильности при хранении при 2–8°C показали стабильность материала в течение одного года с контрольными точками через 3, 6, 9 и 12 месяцев.

Выводы. Подтверждено отсутствие влияния процесса лиофилизации на первичную и пространственную структуру, посттрансляционные модификации, содержание родственных примесей, состав изоформ и специфическую активность. Кроме того, исследования стабильности показали отсутствие значимых изменений качества белка при хранении при 2–8°C в течение по меньшей мере 12 месяцев, что соответствует всему доступному объему данных на момент подготовки рукописи. Полученные результаты свидетельствуют о том, что разработанный лиофилизированный материал является перспективным кандидатом на роль международного стандартного образца, однако его официальная аттестация потребует проведения дополнительных межлабораторных исследований и получения данных по долгосрочной стабильности.

1. Sheridan M., Massich M., Ashourian N. Biosimilars: From production to patient. J. Infus. Nurs. 2024;47(1):19–29. https://doi.org/10.1097/NAN.0000000000000528

2. An Z., Forrest G., Moore R., Cukan M., Haytko P., Huang L., Strohl W. IgG2m4, an engineered antibody isotype with reduced Fc function. mAbs. 2009;1(6):572–579. https://doi.org/10.4161/mabs.1.6.10185

3. Thomas T.C., Rollins S.A., Rother R.P., Giannoni M.A., Hartman S.L., Elliott E.A., Nye S.H., Matis L.A., Squinto S.P., Evans M.J. Inhibition of complement activity by humanized anti-C5 antibody and singlechain Fv. Mol. Immunol. 1996;33(17–18):1389–1401. https://doi.org/10.1016/S0161-5890(96)00078-8

4. Rother R.P., Rollins S.A., Mojcik C.F., Brodsky R.A., Bell L. Discovery and development of the complement inhibitor eculizumab for the treatment of paroxysmal nocturnal hemoglobinuria. Nat. Biotechnol. 2007;25:(11):1256–1264. https://doi.org/10.1038/nbt1344

5. Wijnsma K.L., ter Heine R., Moes D.J.A.R., Langemeijer S., Schols S.E.M., Volokhina E.B., van den Heuvel L.P., Wetzels F.M., van de Kar N.C.A.J., Brüggemann R.J. Pharmacology, pharmacokinetics and pharmacodynamics of eculizumab, and possibilities for an individualized approach to eculizumab. Clin. Pharmacokinet. 2019;58(7):859–874. https://doi.org/10.1007/s40262-019-00742-8

6. Hillmen P., Hall C., Marsh J.C., Elebute M., Bombara M.P., Petro B.E., et al. Effect of eculizumab on hemolysis and transfusion requirements in patients with paroxysmal nocturnal hemoglobinuria. N. Engl. J. Med. 2004;350(6): 552–559. https://doi.org/10.1056/NEJMoa031688

7. Brodsky R.A., Young N.S., Antonioli E., Risitano A.M., Schrezenmeier H., Schubert J., et al. Multicenter phase 3 study of the complement inhibitor eculizumab for the treatment of patients with paroxysmal nocturnal hemoglobinuria. Blood. 2008;111(4): 1840–1847. https://doi.org/10.1182/blood-2007-06-094136

8. Luzzatto L., Risitano A.M., Notaro R. Paroxysmal nocturnal hemoglobinuria and eculizumab. Haematologica. 2010;95(4): 523–526. https://doi.org/10.3324/haematol.2009.017848

9. Rondeau E., Cataland S.R. Al-Dakkak I., Miller B., Webb N.J.A., Landau D. Eculizumab safety: Five-year experience from the global atypical hemolytic uremic syndrome registry. Kidney Int. Rep. 2019;4(11): 1568–1576. https://doi.org/10.1016/j.ekir.2019.07.016

10. Cordero L., Cavero T., Gutiérrez E., Trujillo H., Sandino J., Auñón P., Rivero M., Morales E. Rational use of eculizumab in secondary atypical hemolytic uremic syndrome. Front. Immunol. 2023;14:1310469. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1310469

11. Zuber J., Fakhouri F., Roumenina L.T., Loirat C., Frémeaux-Bacchi V. Use of eculizumab for atypical haemolytic uraemic syndrome and C3 glomerulopathies. Nat. Rev. Nephrol. 2012;8(11):643–657. https://doi.org/10.1038/nrneph.2012.214

12. Wijnsma K.L., Duineveld C., Wetzels J.F.M., van de Kar N.C.A.J. Eculizumab in atypical hemolytic uremic syndrome: Strategies toward restrictive use. Pediatr. Nephrol. 2019;34(12): 2261–2277. https://doi.org/10.1007/s00467-018-4091-3

13. Thomas K., Ananthula A., Lopez-Flores R., del Toro A., Chapple A.G., Loch M. The use of eculizumab for the treatment of atypical hemolytic uremic syndrome in an academic hematology center. Permanente J. 2023;27(2):22.073. https://doi.org/10.7812/TPP/22.073

14. Levy A.R., Chen P., Johnston K., Wang Y., Popoff E., Tomazos I. Quantifying the economic effects of ravulizumab versus eculizumab treatment in patients with atypical hemolytic uremic syndrome. J. Med. Econ. 2022;25(1): 249–259. https://doi.org/10.1080/13696998.2022.2027706

15. Howard J.F.Jr., Karam C., Yountz M., O’Brien F.L., Mozaffar T. Long-term efficacy of eculizumab in refractory generalized myasthenia gravis: Responder analyses. Ann. Clin. Transl. Neurol. 2021;8(7):1398–1407. https://doi.org/10.1002/acn3.51376

16. Patel A.D., Shah A., Avila J.D. A new era in the treatment of myasthenia gravis: Six new medications in the last 6 years. Curr. Treat. Options Neurol. 2024;26(2):79–96. https://doi.org/10.1007/s11940-024-00783-w

17. Brandsema J.F., Ginsberg M., Hoshino H., Mimaki M., Nagata S., Rao V., Ruzhansky K., Suresh N., Tiongson E., Yamanouchi H., Frick G., Hicks E., Liao S., Howard J. A phase 3, open-label, multicenter study to evaluate eculizumab in adolescents with refractory generalized myasthenia gravis. Neurology. 2023;100(17_supplement_2):1926. https://doi.org/10.1212/WNL.0000000000202200

18. Nabizadeh F., Moghadasi A.N. Eculizumab in the treatment of neuromyelitis optica spectrum disorder. Curr. J. Neurol. 2023;22(2):140–143. https://doi.org/10.18502/cjn.v22i2.13342

19. Enriquez M., Rosenthal S., Kammeyer R., Piquet A., Bennett J., McLedon L.A. Efficacy of eculizumab in acute refractory pediatric neuromyelitis optica: A case report. Neurology. 2024;102(7_supplement_1):4052. https://doi.org/10.1212/WNL.0000000000205538

20. Pittock S.J., Lennon V.A., McKeon A., Mandrekar J., Weinshenker B.G., Lucchinetti C.F., et al. Eculizumab in AQP4-IgG-positive relapsing neuromyelitis optica spectrum disorders: An open-label pilot study. Lancet Neurol. 2013;12(6): 554–562. https://doi.org/10.1016/S1474-4422(13)70076-0

21. Digala L., Katyal N., Narula N., Govindarajan R. Eculizumab in the treatment of aquaporin-4 seronegative neuromyelitis optica spectrum disorder: A case report. Front. Neurol. 2021;12:660741. https://doi.org/10.3389/fneur.2021.660741

22. Gervasi V., Dall Agnol R., Cullen S., McCoy T., Vucen S., Crean A. Parenteral protein formulations: An overview of approved products within the European Union. Eur. J. Pharm. Biopharm. 2018;131:8–24. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2018.07.011

23. Zybin D.I., Seregin A.S., Askretkov A.D., Orlova N.V., Seregin Y.A., Prostyakova A.I., Kapustin D.V. Development and validation of a method for the determination of the specific activity of recombinant monoclonal antibody eculizumab. Tonk. Khim. Tekhnol. = Fine Chem. Technol. 2020:15(2): 77–85. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2020-15-2-77-85

24. Thakral S., Sonje J., Munjal B., Suryanarayanan R. Stabilizers and their interaction with formulation components in frozen and freeze-dried protein formulations. Adv. Drug Deliv. Rev. 2021;173:1–19. https://doi.org/10.1016/j.addr.2021.03.003

25. Carpenter J.F., Chang B.S., Garzon-Rodriguez W., Randolph T.W. Rational design of stable lyophilized protein formulations: Theory and practice. In: Rational Design of Stable Protein Formulations. Springer. 2002;109–133. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-0557-0_5

26. Zybin D.I., Zhuchenko M.A., Rassulin Y.Y., et al. Comparative study of the stability of eculizumab biosimilar and the original drug under extreme pH, oxidative stress, and UV irradiation conditions. Pharm. Chem. J. 2021:55(7);732–739. https://doi.org/10.1007/s11094-021-02485-y

27. Matejtschuk P., Bird C., Ezeajughi E., MacLellan-Gibson K., Wadhwa M. Impact of formulation choices on the freeze-drying of an interleukin-6 reference material. Front. Mol. Biosci. 2022;9:868460. https://doi.org/10.3389/fmolb.2022.868460

28. Bjelošević M., Pobirk A.Z., Planinšek O., Grabnar P.A. Excipients in freeze-dried biopharmaceuticals: Contributions toward formulation stability and lyophilisation cycle optimisation, Int. J. Pharm. 2020;583:119029. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2020.119029

29. Khawli L.A., Goswami S., Hutchinson R., Kwong Z.W. Charge variants in IgG1: Isolation, characterization, in vitro binding properties and pharmacokinetics in rats. mAbs. 2010;2(6):613–624. https://doi.org/10.4161/mabs.2.6.13333

30. Tak M., Jeong H., Yun J., Kim J., Kim S., Lee Y., Park S.J. In-use stability of SB12 (eculizumab, Soliris biosimilar) diluted in saline and dextrose infusion solution after an extended storage period. Drugs R&D. 2023:23(4):363–375. https://doi.org/10.1007/s40268-023-00433-7