本文是一篇综述性科学论文（类型b），发表于 Pharmaceutical Development and Technology 期刊（2022年，第27卷第9期，页码942-955），主要作者为 Hassana Hsein、Julie Auffray、Thierry Noel 和 Pierre Tchoreloff，分别来自法国波尔多大学的 I2M Bordeaux 实验室与 Microbiologie Fondamentale et Pathogénicité 实验室。文章系统回顾了单克隆抗体（monoclonal antibodies, mAbs）冻干工艺设计中的近期进展与持续挑战，重点关注冷冻、一次干燥和二次干燥三个阶段的工艺参数优化，以及这些参数对产品质量属性和抗体稳定性的影响。

第一个核心要点是冷冻步骤对冻干工艺整体效率和产品质量具有决定性作用。文章指出，冷冻不仅是冻干的第一步，而且决定了冰晶的形态和尺寸，进而影响一次干燥速率和最终蛋糕（cake）的微观结构。冷冻过程中最关键的两个参数是冷却速率和成核温度。慢速冷却（如常规隔板梯度冷冻，shelf-ramped freezing）通常形成较大的冰晶，有利于降低水蒸气流动阻力、缩短一次干燥时间，但同时也会导致批内成核温度异质性增加。快速冷却（如液氮淬冷）则会产生较小冰晶和较大的比表面积（specific surface area, SSA），虽可能加快二次干燥，但会增加蛋白在冰-液界面的变性风险。文章列举了多个研究说明冷却速率对单抗聚集的影响存在矛盾结果：Miller等人的研究表明快速冷冻可减少聚集，而Sarciaux等人则报道快速冷却导致不溶性聚集体增加。作者认为这些差异可能源于制剂组成和实验方案的不同。

第二个核心要点是控制冰成核（controlled ice nucleation, CIN）技术在提高工艺稳健性和产品质量方面的作用。由于自然成核具有随机性，导致批内异质性和干燥时间不可控，CIN技术通过主动诱导成核可使成核温度更均匀、过冷度更低。文章介绍了三种商业化CIN技术：冰雾法（ice fog）、高压降压法（depressurization）和真空诱导表面冷冻（vacuum-induced surface freezing）。多篇研究显示，CIN可显著缩短一次干燥时间（例如Awotwe-Otoo等报道约缩短19%），并改善蛋糕外观、降低复溶时间和提高批内均一性。然而，CIN也可能增加残余水分（residual moisture, RM），从而需要延长二次干燥时间。Gitter等人比较了冰雾法和降压法，发现两者在干燥性能和产品属性上基本相当。Luoma等人则比较了三种CIN技术，指出它们在固态性质和加速稳定性方面结果相似，但在工艺开发和安装要求上存在差异。尽管CIN在工艺效率和产品外观方面具有明显优势，但文章强调目前尚无充分证据表明CIN能直接改善单抗的长期稳定性。

第三个核心要点是一次干燥（primary drying）阶段的工艺优化策略正在从保守向激进转变。传统上，一次干燥中需要将产品温度（product temperature, Tp）保持在玻璃化转变温度（T’g）以下以避免塌陷（collapse）。然而，近年研究表明，对于单抗制剂，Tp略高于T’g甚至超过塌陷温度（collapse temperature, Tc）并不一定会影响抗体的物理和化学稳定性。例如，Depaz等人证明在无定形制剂中，Tp高于T’g不一定导致宏观塌陷，且对抗体稳定性无显著影响。Colandene等人甚至使用远高于T’g的激进干燥条件，发现生物活性和聚集率均与保守干燥条件相当。Horn等人利用甘露醇作为结晶性骨架，在Tp远高于蔗糖T’g的条件下将一次干燥时间从47小时缩短至7小时，同时保持蛋糕外观和抗体稳定性。文章还讨论了升温速率（ramp rate）的影响：Ohori等人发现较快的升温速率（>0.44°C/min）可减少塌陷，而Pansare等人则报道过快升温导致更多皱缩，不同研究结论尚不一致。此外，微波辅助冻干技术也被介绍为一种潜在的高效干燥手段，可将干燥时间缩短75%以上，但仍存在批内温度均匀性差的技术瓶颈。

第四个核心要点是压力（chamber pressure, Pc）在一次干燥中的作用及其与产品温度的耦合关系。文章指出，Pc的设定通常基于目标产品温度，经验公式为Pc = 0.29 × 10^(0.019 × Tp)。提高Pc可增强热传递和升华驱动力，但同时也升高产品温度，增加塌陷风险。文章列举多个案例：Haeuser等人在激进一次干燥中将Pc从0.1 mbar升至0.2 mbar，虽然Tp上升但无明显塌陷，且未进一步缩短周期；Bjelošević等人将Pc从0.1升至0.3 mbar可使周期缩短3.5小时，且Tp仅上升3°C；Horn等人使用1.1至2.2 mbar的高压进行快速一次干燥，获得了无塌陷的完整蛋糕，并将干燥时间从9.5小时缩短至6.3小时。这些结果表明，在结晶性赋形剂存在下，即使高压和高温条件下也可能实现快速且稳定的干燥。

第五个核心要点是二次干燥（secondary drying）的主要目标是控制最终产品的水分含量，以防止蛋白不稳定。文章指出，解吸（desorption）速率主要由产品温度决定，而室压影响较小。对于无定形制剂，应使用较慢的升温速率（0.1–0.15°C/min），以避免在产品温度尚低时发生塌陷；对于结晶性制剂，则可以使用较快的升温速率（0.3–0.4°C/min）。通常目标残余水分应低于1%，但过度干燥也可能对蛋白长期稳定性不利。测定一次干燥终点的方法包括皮拉尼真空计与电容式压力计对比法、露点监测、可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）等。由于二次干燥参数对单抗稳定性的专项研究较少，文章仅引用了Heljo等人的研究，显示不同升温速率对多克隆IgG的稳定性无明显影响。

文章的最终意义在于系统梳理了单抗冻干工艺中从冷冻到二次干燥的关键参数和优化策略，强调了传统观念（如必须保持Tp低于T’g）正在被新的实验数据所修正。作者指出，虽然控制成核和激进干燥策略在缩短周期和改善产品外观方面显示出巨大潜力，但不同研究结果之间的差异提醒我们，仍需结合具体制剂组成和抗体特性进行工艺开发。文章为研究人员和工业界提供了一个更新且结构化的参考框架，有助于推动冻干工艺向更高效、更稳健和更经济的方向发展。