本文介绍了一项由Atip Lawanprasert、Harminder Singh、Sopida Pimcharoen、Mariangely González Vargas、Arshiya Dewan、Girish S. Kirimanjeswara和Scott H. Medina等研究人员共同完成的研究，该研究发表于2024年的《Nature Communications》期刊上。研究的主要目标是解决生物药物和疫苗在供应链中需要低温保存的问题，提出了一种新型的非水氟化液体蛋白质制剂，能够在极端温度下保持蛋白质的稳定性和生物活性。
生物药物和疫苗的稳定性是制药行业面临的主要挑战之一。超过80%的生物药物和90%的疫苗需要在冷链条件下储存和运输，以防止热失活和微生物污染。然而，冷链不仅成本高昂，而且在偏远地区难以实施。现有的蛋白质稳定化策略，如序列工程、合成支架固定化和分子稳定剂的添加，虽然取得了一定成功，但这些方法通常需要针对特定蛋白质进行定制，且无法广泛适用于所有蛋白质类别。此外，冷冻干燥虽然可以提高蛋白质的热稳定性，但可能导致蛋白质聚集和不可逆的失活。
本研究旨在开发一种新型的非水氟化液体蛋白质制剂，通过改变蛋白质的热力学平衡和减少其构象灵活性，使其在极端温度下保持稳定。这种制剂不仅能够抵抗微生物污染，还能在高温下保持蛋白质的生物活性，从而减少对冷链的依赖。
研究团队开发了一种基于全氟碳（perfluorocarbon, PFC）液体的非水蛋白质制剂。PFC液体具有低极性和大体积的特性，能够限制蛋白质的构象灵活性，从而改变其热力学平衡。为了克服蛋白质在PFC液体中的不溶性，研究团队使用了一种名为全氟壬酸（perfluorononanoic acid, PFNA）的化合物，该化合物能够吸附在蛋白质表面，形成一层氟化涂层，使蛋白质能够均匀分散在PFC液体中。
研究的主要步骤包括： 1. 蛋白质分散剂的表征：研究团队首先筛选了能够与蛋白质表面广泛结合的试剂，最终选择了PFNA作为分散剂。通过实验和计算机模拟，研究团队发现PFNA的分散效率与蛋白质的溶剂可及表面积（solvent-accessible surface area, SASA）和溶剂排除表面积（solvent-excluded surface area, SESA）密切相关。 2. 蛋白质的热稳定性测试：研究团队使用圆二色光谱（circular dichroism, CD）和差示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）等技术，测试了PFNA分散的蛋白质在高温下的稳定性。结果表明，PFNA分散的蛋白质在85°C下仍能保持其二级结构，而盐水对照组的蛋白质则发生了明显的变性。 3. 蛋白质的生物活性测试：研究团队进一步测试了PFNA分散的蛋白质在高温下的生物活性。结果显示，PFNA分散的蛋白质在90°C下仍能保持其生物活性，而盐水对照组的蛋白质则失去了大部分活性。 4. 蛋白质的微观结构分析：通过透射电子显微镜（transmission electron microscopy, TEM）和扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM），研究团队观察到PFNA分散的蛋白质形成了纤维状网络结构，这种结构能够限制蛋白质的构象动力学，从而提高其热稳定性。 5. 蛋白质的抗菌性和抗降解性测试：研究团队还测试了PFNA分散的蛋白质对微生物污染和降解酶的抵抗能力。结果显示，PFNA分散的蛋白质在PFC液体中能够抵抗细菌和真菌的污染，并且对蛋白酶的降解具有较高的抵抗力。
研究结果表明，PFNA分散的蛋白质在极端温度下（高达90°C）仍能保持其结构和生物活性。此外，这种非水制剂能够有效抵抗微生物污染和降解酶的破坏。动物实验进一步表明，PFNA分散的蛋白质在体内的药代动力学和安全性方面与盐水对照组的蛋白质相似，未观察到明显的毒性反应。
本研究提出了一种新型的非水氟化液体蛋白质制剂，能够在极端温度下保持蛋白质的稳定性和生物活性。这种制剂不仅能够减少对冷链的依赖，还能有效抵抗微生物污染和降解酶的破坏。研究结果为生物药物和疫苗的储存和运输提供了新的解决方案，具有重要的科学和应用价值。
本研究为生物药物和疫苗的储存和运输提供了新的解决方案，具有重要的科学和应用价值。通过减少对冷链的依赖，该技术有望降低生物药物和疫苗的生产和运输成本，特别是在资源有限的地区。此外，该技术还为蛋白质制剂的开发提供了新的思路，具有广泛的应用前景。