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Zetasizer Core粒径分析仪在生物药蛋白稳定性分析方法综述
来源: 时间:2026-10-21

 生物药稳定性分析为何成为研发瓶颈

  单克隆抗体、融合蛋白、酶替代疗法与脂质纳米粒(LNP)等生物药分子在开发早期即面临一个共性问题:在制剂条件下是否稳定。蛋白质对温度、pH、离子强度、浓度与机械应力高度敏感,即使细微的结构变化或聚集状态改变,都可能影响药效、安全性与货架期。

传统稳定性研究通常依赖 SEC-HPLC、差示扫描量热(DSC)、圆二色谱(CD)与显微成像等 orthogonal 方法,这些方法各自准确,但样品消耗大、通量低、操作门槛高。在候选分子数量成百上千的早期筛选阶段,研发团队需要一种能在微孔板上快速输出多参数稳定性数据的平台。Zetasizer Core 正是在这一背景下推出的新一代高通量生物物理筛选系统。


蛋白稳定性的两个核心维度

评价一个蛋白分子在制剂中的稳定性,通常从两个维度展开:
结构稳定性(Structural Stability):蛋白质在受热或化学变性条件下维持三级结构的能力,常用熔融温度 Tm 与聚集起始温度 Tonset 表征。结构不稳定的分子在升温后会发生去折叠,并进一步诱发聚集。
胶体稳定性(Colloidal Stability):蛋白质分子之间相互作用的倾向,常用扩散相互作用参数 kD 与第二维里系数 B22 表征。kD 为负且 B22 更负,意味着分子倾向自关联与聚集;正值则提示分子间排斥、体系更稳定。
一个分子即便结构稳定(Tm 高),如果胶体稳定性差,在高浓度制剂中仍可能发生聚集。因此现代可开发性评估要求同时测量两个维度。

三种核心光散射与荧光技术原理

DLS 动态光散射:粒径与聚集状态

动态光散射测量溶液中颗粒布朗运动引起的散射光强度涨落,通过相关函数反演得到流体力学直径 dH 与多分散指数 PI。由于散射强度与粒径的六次方成正比,DLS 对微量聚集体极为敏感,即使 0.1% 的大颗粒也能被检出。Zetasizer Core 采用非侵入式背散射(NIBS)光学设计与自适应相关算法,1 秒即可完成一次采集,适合微孔板高通量测量。

SLS 静态光散射:分子量与第二维里系数

静态光散射测量散射强度随角度与浓度的变化,用于获得绝对分子量与第二维里系数 B22。通过测量不同浓度下的散射信号,可以定量判断蛋白分子在特定缓冲液中是倾向自关联(B22 负值)还是相互排斥(B22 正值)。Zetasizer Core 配备专用 SLS 光路,将原本需要专家操作的 B22 测量转化为常规筛选指标。

 DSF 差示扫描荧光:热变性温度

本征差示扫描荧光利用色氨酸残基在蛋白去折叠时内源性荧光发射光谱的变化,通过线性温度 ramp 获得 Tm 与 Tonset。与外源荧光探针(如 SYPRO Orange)的 nanoDSF 不同,本征 DSF 无需加入探针,避免了探针与蛋白相互作用带来的偏差,更适合制剂筛选。Zetasizer Core DSF 版本在同一微孔板上同步完成 DLS/SLS 粒径与聚集测量与 DSF 热变性测量,实现结构变化与颗粒变化的时间轴对齐。

Zetasizer Core 的整合方法学

Zetasizer Core 的方法学创新不在于发明新技术,而在于将三种正交技术整合到同一个标准微孔板工作流中。其核心流程为:
  1. 在 96/384/1536 微孔板中准备候选分子、缓冲条件与对照;
  2. 仪器自动完成 HT-DLS、SLS 与 DSF 测量,支持 1 °C/min 线性温度梯度;
  3. ZS Discover 软件自动进行多转变拟合,输出 Tm、Tonset、Tagg、kD、B22、dH、PI 等参数;
  4. 以表格形式对候选分子与制剂条件排序,直接输出 go/no-go 决策依据。
这一流程的关键价值在于:同一样品孔在同一温度程序下同时回答三个问题——结构是否稳定(Tm)、颗粒是否开始聚集(Tagg-DLS、Tagg-SLS)、分子间是排斥还是吸引(kD、B22)。相比将样品拆分到三台仪器分别测量,微孔板整合方案显著降低了样品消耗(最低 4 µL)与批间差异。

Zetasizer Core关键稳定性参数解读

参数

来源技术

含义与判读

dH(流体力学直径)

DLS

蛋白在溶液中的表观粒径;单体约 5–10 nm,显著增大提示寡聚或聚集。

PI(多分散指数)

DLS

< 0.1 为单分散;> 0.3 提示样品不均一。

kD(扩散相互作用参数)

DLS 浓度系列

正值提示分子间排斥、胶体稳定;负值提示自关联倾向。

B22(第二维里系数)

SLS 浓度系列

正值提示溶剂良、分子间排斥;强负值提示自聚集倾向。

Tm(熔融温度)

DSF

50% 蛋白去折叠的温度;越高提示结构越稳定。

Tonset(去折叠起始温度)

DSF

蛋白开始去折叠的最低温度,比 Tm 更贴近实际应力条件。

Tagg(聚集起始温度)

DLS/SLS

粒径或散射强度上升的温度;与 Tm 对比可判断是先去折叠还是先聚集。

Zetasizer Core 典型应用场景

抗体候选分子排序:在数十个抗体变体中,通过 Tm、Tonset 与 kD/B22 的组合排序,早期排除结构或胶体不稳定的分子,降低后期开发失败风险。
前制剂缓冲液筛选:系统扫描不同 pH、盐浓度、表面活性剂与稳定剂组合,定位同时满足高 Tm、高 kD、低聚集的缓冲体系。马尔文帕纳科公开的溶菌酶案例展示了 pH 依赖稳定性分析的完整流程。
LNP 与 mRNA 制剂质控:通过高通量粒径与 PI 监测,追踪不同储存条件与批次间的 LNP 粒径漂移与微量聚集。

配体结合与化学变性筛选:Core DSF 版本支持 EC50(配体结合)与 C50/Cm(化学变性剂浓度)测量,可用于先导化合物筛选与稳定性缓冲液开发。


    Zetasizer Core 将 DLS、SLS 与 DSF 三种正交技术整合到标准微孔板工作流,为生物药早期候选分子筛选与制剂开发提供了一套多参数、高通量、低样品消耗的稳定性评估方案。它不替代 DSC、SEC 与 CD 等经典方法,但在早期筛选阶段,能够以传统方法数十分之一的样品与时间成本,输出结构稳定性与胶体稳定性的组合判断,帮助研发团队更快地锁定值得深入开发的分子与处方条件。

     对于需要在抗体、蛋白与 LNP 项目中建立高通量稳定性筛选能力的实验室,Zetasizer Core 是当前值得评估的平台之一。
      苏州阿尔法生物可提供该仪器的选型咨询、方案设计与演示安排。0512-62956104

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