biopreparatБИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечениеBiological Products. Prevention, Diagnosis, Treatment2221-996X2619-1156Scientific Centre for Expert Evaluation of Medicinal Products10.30895/2221-996X-2022-22-2-196-207biopreparat-403Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESРазработка защитной среды высушивания и режима лиофилизации для стабилизации диагностикума эритроцитарного туляремийного иммуноглобулиновогоDevelopment of a protective lyophilisation medium and conditions to stabilise the erythrocyte diagnostic preparation of tularaemia immunoglobulinhttps://orcid.org/0000-0002-3564-0791КурчеваС. А.KurchevaS. A.

Курчева Светлана Александровна, канд. биол. наук

ул. Советская, д. 13-15, г. Ставрополь, 355035

Svetlana A. Kurcheva, Cand. Sci. (Biol.)

13-15 Sovetskaya St., Stavropol 355035

kurcheva@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6617-9504КошкидькоА. Г.KoshkidkoA. G.

Кошкидько Александра Геннадьевна

ул. Советская, д. 13-15, г. Ставрополь, 355035

Aleksandra G. Koshkidko

13-15 Sovetskaya St., Stavropol 355035

koshkidko-94@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8443-4089ЖарниковаИ. В.ZharnikovaI. V.

Жарникова Ирина Викторовна, д-р биол. наук

ул. Советская, д. 13-15, г. Ставрополь, 355035

Irina V. Zharnikova, Dr. Sci. (Biol.)

13-15 Sovetskaya St., Stavropol 355035

ivj-biotech@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2229-6570РусановаД. В.RusanovaD. V.

Русанова Диана Владимировна, канд. мед. наук

ул. Советская, д. 13-15, г. Ставрополь, 355035

Diana V. Rusanova, Cand. Sci. (Med.)

13-15 Sovetskaya St., Stavropol 355035

dianarus2010@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3660-2073СемирчеваА. А.SemirchevaA. A.

Семирчева Анастасия Александровна

ул. Советская, д. 13-15, г. Ставрополь, 355035

Anastasia A. Semircheva

13-15 Sovetskaya St., Stavropol 355035

semircheva_aa@snipchi.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5493-5296СтарцеваО. Л.StartsevaO. L.

Старцева Ольга Леонидовна, канд. биол. наук

ул. Советская, д. 13-15, г. Ставрополь, 355035

Olga L. Startseva, Cand. Sci. (Biol.)

13-15 Sovetskaya St., Stavropol 355035

starceva_ol@snipchi.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5360-3786ЖдановаЕ. В.ZhdanovaE. V.

Жданова Елена Владимировна, канд. биол. наук

ул. Советская, д. 13-15, г. Ставрополь, 355035

Elena V. Zhdanova, Cand. Sci. (Biol.)

13-15 Sovetskaya St., Stavropol 355035

jdanova_ev@snipchi.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8265-5128КурноскинаМ. М.KurnoskinaM. M.

Курноскина Мария Михайловна

ул. Советская, д. 13-15, г. Ставрополь, 355035

Mariya М. Kurnoskina

13-15 Sovetskaya St., Stavropol 355035

kurnoskina_mm@snipchi.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4391-2195ТюменцеваИ. С.TyumentsevaI. S.

Тюменцева Ирина Степановна, д-р мед. наук, проф.

ул. Советская, д. 13-15, г. Ставрополь, 355035

Irina S. Tyumentseva, Dr. Sci. (Med.), Professor

13-15 Sovetskaya St., Stavropol 355035

tumenceva_is@snipchi.ruФедеральное казенное учреждение здравоохранения «Ставропольский научно-исследовательский противочумный институт» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияStavropol Antiplague InstituteRussian Federation202202062022222196207Copyright © Курчева С.А., Кошкидько А.Г., Жарникова И.В., Русанова Д.В., Семирчева А.А., Старцева О.Л., Жданова Е.В., Курноскина М.М., Тюменцева И.С., 20222022Курчева С.А., Кошкидько А.Г., Жарникова И.В., Русанова Д.В., Семирчева А.А., Старцева О.Л., Жданова Е.В., Курноскина М.М., Тюменцева И.С.Kurcheva S.A., Koshkidko A.G., Zharnikova I.V., Rusanova D.V., Semircheva A.A., Startseva O.L., Zhdanova E.V., Kurnoskina M.M., Tyumentseva I.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.biopreparations.ru/jour/article/view/403

Практическое применение эритроцитарных диагностических препаратов выявило недостатки, связанные с их транспортировкой на значительные расстояния с возможным несоблюдением режимов холодовой цепи, что может привести к полной потере их биологической активности. Для стабилизации основных свойств жидких форм эритроцитарных диагностических препаратов в настоящее время необходима разработка технологии получения лиофилизированных форм диагностикумов, которая позволит сохранить первоначальные свойства препарата в течение длительного времени. Цель работы: разработка защитной среды высушивания и режима лиофилизации для стабилизации диагностикума эритроцитарного туляремийного иммуноглобулинового. Материалы и методы: были использованы вспомогательные вещества для подготовки защитных сред (желатин, тиомочевина, трегалоза, сахароза, декстран, твин 80). Для контроля чувствительности и специфичности лиофилизированных диагностикумов использовали 9 штаммов гомологичных и гетерологичных микроорганизмов разных родов и видов. При изучении стабильности основных показателей качества препаратов для диагностики in vitro (внешний вид высушенного препарата; потеря в массе при высушивании; растворимость, внешний вид восстановленного препарата; внешний вид препарата после отстаивания; чувствительность; специфичность) учитывали температуры различных климатических зон, в которых предполагается их реализация и использование. Результаты: разработаны и использованы стабилизирующие защитные среды с различным составом, с последующей сублимационной сушкой препарата и постановкой контрольных исследований. Наиболее перспективной признана среда высушивания для эритроцитарных диагностикумов, содержащая в своем составе меньшее количество ингредиентов — 6% декстрана, 0,06% твин 80 и азид натрия до 0,01%, как наиболее простая в исполнении и обеспечивающая полное сохранение качественных показателей препарата. Отработан рентабельный 12–14-часовой режим лиофилизации. Выводы: по совокупности полученных результатов изучения стабильности в реальном времени (долговременная стабильность) и ускоренном исследовании стабильности лиофилизированных форм диагностикума показана возможность хранения в течение двух лет при регламентированной температуре от 2 до 8 °С, а также в условиях повышенных и пониженных температур при 30±2 °С и минус 18 °С соответственно. Отрицательного влияния указанных температур на результаты контролируемых показателей не выявлено.

Liquid erythrocyte diagnostic preparations have a practical disadvantage; i.e., long-distance transportation involving possible non-compliance with cold-chain requirements may result in a complete loss of biological activity. A lyophilisation technology is necessary to ensure that the preparations retain their original properties for a long time. The aim of the work was to develop a protective medium and conditions for lyophilisation to stabilise the erythrocyte diagnostic preparation of tularaemia immunoglobulin. Materials and methods: Gelatin, thiourea, trehalose, sucrose, dextran, and Tween 80 were used as excipients for protective media. The authors used nine strains of homologous and heterologous microorganisms of different genera and species to control the lyophilised diagnostic preparation sensitivity and specificity. Evaluation of the main stability-related quality attributes (appearance of the dried preparation, loss on drying, solubility, appearance after reconstitution, appearance after settling, sensitivity, specificity) considered the temperatures specific to the climatic zones where the in vitro diagnostics is intended to be marketed and used. Results: The authors developed protective stabilising media with different compositions, used them in freeze-drying of the preparation and carried out control testing. The most promising was the lyophilisation medium containing a smaller amount of ingredients —6% of dextran, 0.06% of Tween 80 and up to 0.01% of sodium azide—as it was the simplest one to prepare and ensured complete preservation of the quality attributes. The authors carried out practical evaluation of lyophilisation procedures, and the 12–14-hour procedure proved to be the most cost-effective. Conclusions: The results of long-term, or real time, and accelerated stability testing of the lyophilised diagnostic preparation demonstrated the possibility of two-year storage at a labelled temperature of 2–8 °C, as well as at elevated and low temperatures of 30±2 °С and –18 °С, respectively. The tests showed no negative effects of the temperatures on the controlled quality attributes.

туляремиясреда высушиваниястабильность препаратовреакция непрямой гемагглютинациилиофилизацияtularaemialyophlisation mediumstabilityindirect hemagglutination testlyophilisationReferencesИраклионова НС, Сысуев ЕБ, Мась ЕС. Природные очаги опасных и особо опасных возбудителей инфекционных заболеваний. Туляремия. Успехи современного естествознания. 2013;(9):118–9.Iraklionova NS, Sysuev EB, Mas ES. Natural foci of dangerous and especially dangerous pathogens of infectious diseases. Tularemia. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya = Advances in Current Natural Sciences. 2013;9:118–9 (In Russ.)Кудрявцева ТЮ, Попов ВП, Мокриевич АН, Куликалова ЕС, Холин АВ, Мазепа АВ и др. Эпизоотолого-эпидемиологическая ситуация по туляремии на территории России в 2020 г., прогноз на 2021 г. Проблемы особо опасных инфекций. 2021;(1):32–42. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2021-1-32-42Kudryavtseva TYu, Popov VP, Mokrievich AN, Kulikalova ES, Kholin AV, Mazepa AV, et al. Epizootiological and epidemiological situation on tularemia in Russia in 2020, the forecast for 2021. Problemy osobo opasnykh infektsii = Problems of Particularly Dangerous Infections. 2021;(1):32–42 (In Russ.) https://doi.org/10.21055/0370-1069-2021-1-32-42Старцева ОЛ, Курчева СА. Прогнозирование сроков годности иммуноглобулинов диагностических флуоресцирующих туляремийных сухих. Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2019;(2):56–60.Startseva OL, Kurcheva SA. Shelf life prediction of diagnostic fluorescent tularemia dry immunoglobulins. Zdorov`e naseleniya i sreda obitaniya – ZNiSO = Public Health and Life Environment – PH&LE. 2019;(2):56–60 (In Russ.)Тюменцева ИС, Афанасьев ЕН, Алиева ЕВ, Курчева СА, Гаркуша ЮЮ. Антигены и антисыворотки F. tularensis: к вопросу иммунодиагностики туляремии. Медицинский вестник Северного Кавказа. 2012;1:49–52.Tyumenceva IS, Afanasev EN, Alieva EV, Kurcheva SA, Garkusha YY. Antigens and antisera of F. tularensis: on the issue of tularemia immunodiagnosis. Meditsinskiy vestnik Severnogo Kavkaza = Medical News of North Caucasus. 2012;1:49–52 (In Russ.)Жарникова ИВ, Жданова ЕВ, Жарникова ТВ, Старцева ОЛ, Курчева СА, Геогджаян АС и др. Сравнительная характеристика биотехнологии получения эритроцитарных и латексных диагностикумов для выявления возбудителя туляремии. Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова. 2019;15(4):27–31.Zharnikova IV, Zhdanova EV, Zharnikova TV, Startseva OL, Kurcheva SA, Geogjayan AS, et al. Comparative characteristics of biotechnology for the production of erythrocyte and latex diagnosticums to identify the causative agent of tularemia. Vestnik biotekhnologii i fiziko-khimicheskoy biologii im. Yu.A. Ovchinnikova = Yu.A. Ovchinnikov Bulletin of Biotechnology and Physical and Chemical Biology. 2019;15(4):27–31 (In Russ.)Жарникова ИВ, Ефременко ВИ, Жарникова ТВ, Курчева СА, Кальной СМ, Ефременко ДВ и др. Серологические методы выявления возбудителя туляремии и их оценка. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2019;(4):32–8. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-4-32-38Zharnikova IV, Efremenko VI, Zharnikova TV, Kurcheva SA, Kalnoj SM, Efremenko DV, et al. Serological methods for detection of the causative agent of tularemia and their evaluation. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology. 2019;(4):32–8 (In Russ.) https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-4-32-38Кошкидько АГ, Курчева СА, Жарникова ИВ, Старцева ОЛ. Разработка защитной среды высушивания для стабилизации эритроцитарного антигенного диагностикума. Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова. 2020;16(4):12–6.Koshkidko AG, Kurcheva SA, Zharnikova IV, Starceva OL. Development of a protective drying medium to stabilize erythrocyte antigenic tularemia diagnosticum. Vestnik biotekhnologii i fiziko-khimicheskoy biologii im. Yu.A. Ovchinnikova = Yu.A. Ovchinnikov Bulletin of Biotechnology and Physical and Chemical Biology. 2020;16(4):12–6 (In Russ.)Жученко МА, Пашкова МА, Потапенко ОВ. Лиофилизация биопрепаратов в двухкамерных шприцах. Биотехнология. 2015;(4):79–84.Zhuchenko MA, Pashkova MA, Potapenko OV. Freeze-drying of biopreparations in dual-chamber syringes. Biotekhnologiya = Russian Journal of Biotechnology. 2015;(4):79–84 (In Russ.)Мустафина ЭН, Мустафин ТР, Садыков НС, Юсупов СА. Способы хранения культур Clostridium botulinum. Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. 2017;229(1):27–30.Mustafina EN, Mustafin TR, Sadykov NS, Yusupov SA. Ways of storage Clostridium botulinum. Uchenye zapiski KGAVM im. N.E. Baumana = Scientific Notes Kazan Bauman State Academy of Veterinary Medicine. 2017;229(1):27–30 (In Russ.)Jena S, Krishna Kumar N, Aksan A, Suryanarayanan R. Stability of lyophilized albumin formulations: role of excipient crystallinity and molecular mobility. Int J Pharm. 2019;569:118568. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2019.118568Jena S, Krishna Kumar N, Aksan A, Suryanarayanan R. Stability of lyophilized albumin formulations: role of excipient crystallinity and molecular mobility. Int J Pharm. 2019;569:118568. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2019.118568Piszkiewicz S, Pielak GJ. Protecting enzymes from stress-induced inactivation. Biochemistry. 2019; 58(37):3825–33. https://doi.org/10.1021/acs.biochem.9b00675Piszkiewicz S, Pielak GJ. Protecting enzymes from stress-induced inactivation. Biochemistry. 2019; 58(37):3825–33. https://doi.org/10.1021/acs.biochem.9b00675Manohar P, Ramesh N, Improved lyophilization conditions for long-term storage of bacteriophages. Sci Rep. 2019;9(1):15242. https://doi.org/10.1038/s41598-019-51742-4Manohar P, Ramesh N, Improved lyophilization conditions for long-term storage of bacteriophages. Sci Rep. 2019;9(1):15242. https://doi.org/10.1038/s41598-019-51742-4Жарникова ИВ, Кошкидько АГ, Курчева СА, Жданова ЕВ, Старцева ОЛ, Тюменцева ИС и др. Способ приготовления эритроцитарного диагностикума иммуноглобулинового туляремийного. Патент Российской Федерации № 2747420; 2021.Zharnikova IV, Koshkidko AG, Kurcheva SA, Zhdanova EV, Startseva OL, Tyumentseva IS, et al. Method of preparation of erythrocyte immunoglobulin tularemia diagnosticum. Patent of the Russian Federation № 2747420; 2021 (In Russ.)Chang BS, Kendrick BS, Carpenter JF. Surface-induced denaturation of proteins during freezing and its inhibition by surfactants. J Pharm Sci. 1996;85(12):1325–30. https://doi.org/10.1021/js960080yChang BS, Kendrick BS, Carpenter JF. Surface-induced denaturation of proteins during freezing and its inhibition by surfactants. J Pharm Sci. 1996;85(12):1325–30. https://doi.org/10.1021/js960080yCrowe JH, Carpenter JF, Crowe LM, Anchordoguy TJ. Are freezing and dehydration similar stress vectors? A comparison of modes of interaction of stabilizing solutes with biomolecules. Cryobiology. 1990;27:219–31. https://doi.org/10.1016/0011-2240(90)90023-WCrowe JH, Carpenter JF, Crowe LM, Anchordoguy TJ. Are freezing and dehydration similar stress vectors? A comparison of modes of interaction of stabilizing solutes with biomolecules. Cryobiology. 1990;27:219–31. https://doi.org/10.1016/0011-2240(90)90023-WPrestrelski SJ, Arakawa T, Carpenter JF. Separation of freezing- and drying-induced denaturation of lyophilized proteins using stress-specific stabilization: II. Structural studies using infrared spectroscopy. Arch Biochem Biophys. 1993;303(2):465–73. https://doi.org/10.1006/abbi.1993.1310Prestrelski SJ, Arakawa T, Carpenter JF. Separation of freezing- and drying-induced denaturation of lyophilized proteins using stress-specific stabilization: II. Structural studies using infrared spectroscopy. Arch Biochem Biophys. 1993;303(2):465–73. https://doi.org/10.1006/abbi.1993.1310Carpenter JF, Prestrelski SJ, Arakawa T. Separation of freezing- and drying-induced denaturation of lyophilized proteins using stress-specific stabilization: I. Enzyme activity and calorimetric studies. Arch Biochem Biophys. 1993;303(2):456–64. https://doi.org/10.1006/abbi.1993.1309Carpenter JF, Prestrelski SJ, Arakawa T. Separation of freezing- and drying-induced denaturation of lyophilized proteins using stress-specific stabilization: I. Enzyme activity and calorimetric studies. Arch Biochem Biophys. 1993;303(2):456–64. https://doi.org/10.1006/abbi.1993.1309Crowe LM, Reid DS, Crowe JH. Is trehalose special for preserving dry biomaterials? Biophys J. 1996;71(4):2087–93. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(96)79407-9Crowe LM, Reid DS, Crowe JH. Is trehalose special for preserving dry biomaterials? Biophys J. 1996;71(4):2087–93. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(96)79407-9Izutsu K, Yoshioka S, Kojima S. Increased stabilizing effects of amphiphilic excipients on freeze-drying of lactate dehydrogenase (LDH) by dispersion into sugar matrices. Pharm Res. 1995;12(6):838–43. https://doi.org/10.1023/A:1016252802413Izutsu K, Yoshioka S, Kojima S. Increased stabilizing effects of amphiphilic excipients on freeze-drying of lactate dehydrogenase (LDH) by dispersion into sugar matrices. Pharm Res. 1995;12(6):838–43. https://doi.org/10.1023/A:1016252802413Han Y, Jin BS, Lee SB, Sohn Y, Joung JW, Lee JH. Effects of sugar additives on protein stability of recombinant human serum albumin during lyophilization and storage. Arch Pharm Res. 2007;30(9):1124–31. https://doi.org/10.1007/BF02980247Han Y, Jin BS, Lee SB, Sohn Y, Joung JW, Lee JH. Effects of sugar additives on protein stability of recombinant human serum albumin during lyophilization and storage. Arch Pharm Res. 2007;30(9):1124–31. https://doi.org/10.1007/BF02980247Bolje A, Gobec S. Analytical techniques for structural characterization of proteins in solid pharmaceutical forms: an overview. Pharmaceutics. 2021;13(4):534. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics13040534Bolje A, Gobec S. Analytical techniques for structural characterization of proteins in solid pharmaceutical forms: an overview. Pharmaceutics. 2021;13(4):534. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics13040534Грачева ИВ, Осин АВ. Механизмы повреждений бактерий при лиофилизации и протективное действие защитных сред. Проблемы особо опасных инфекций. 2016;(3):5–12. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2016-3-5-12Gracheva IV, Osin AV. Mechanisms of damaging bacteria during lyophilization and protective activity of shielding media. Problemy osobo opasnykh infektsii = Problems of Particularly Dangerous Infections. 2016;(3):5–12 (In Russ.) https://doi.org/10.21055/0370-1069-2016-3-5-12Охапкина ВЮ. Методы поддержания микробных культур. Часть 2. Лиофилизация. Теорeтическая и прикладная экология. 2009;(4):21–32.Ohapkina VYU. Methods of microbe cultures maintenance. Part 2. Liophylisation. Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya = Theoretical and Applied Ecology. 2009;(4):21–32 (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.