生物製劑產業從業人員必看！從冷凍乾燥技術到高品質包裝的新一代穩定解決方案
新冠肺炎疫情推動mRNA疫苗等新一代生物製劑快速產業化，也讓全球意識到穩定、耐熱製劑對藥物可及性的重要性，2026年發表於《International Journal of Pharmaceutics: X》的研究指出，冷凍乾燥搭配合適的包裝材料，是當前解決生物製劑穩定性挑戰最為成熟有效的路徑。本文將圍繞新一代生物製劑的穩定需求，系統說明冷凍乾燥技術的原理、優化策略、新興療法中的應用，以及專業包裝的產品價值，最後展望未來發展趨勢，供產業從業人員參考。
1. 新一代生物製劑穩定挑戰
新一代生物製劑包括基因治療載體、抗體藥物偶聯物（ADC）、mRNA疫苗、單株抗體等，在臨床應用上具備極高的價值，相較傳統化學藥物，這類製劑可以針對疾病的特定標靶發揮作用，不僅療效更為顯著，也能大幅降低全身副作用，近年來多項真實世界研究也拓展了其適應症範圍，例如2026年《Journal of the American Academy of Dermatology》的研究證實，生物製劑對合併活動性或近期癌症的銀屑病患者具備良好的安全性，打破了過去臨床應用的限制，讓更多患者能夠受益於先進療法。然而，這類製劑多是由複雜的生物大分子或組裝結構構成，在儲運階段面臨嚴重的穩定性困境，多數新一代生物製劑原本需要零下數十度的深度冷凍儲存，不僅冷鏈運輸成本極高，也讓資源匱乏的偏遠地區難以獲得，儲運過程中輕微的溫度波動就可能導致蛋白變性聚集、脂質結構破裂、藥物洩漏、基因載體衣殼解離或者ADC連接子水解等問題，最終導致藥物活性喪失，甚至產生安全風險，如何解決儲運階段的穩定性問題，成為當前新一代生物製劑產業發展的核心課題。
2. 冷凍乾燥的穩定機制
冷凍乾燥是透過冷凍、初級乾燥、二級乾燥三個階段，利用昇華作用移除生物製劑中水分的保存技術，基本工藝原理是在低溫真空環境下，讓製劑中的冰直接昇華為水蒸氣移除，跳過液態水的相變過程，從而最大程度降低對生物活性成分的破壞，達到長期穩定保存的目的。不過冷凍和脫水過程本身會對製劑產生多種物理化學應力，比如冰晶形成會產生機械應力破壞結構，冰水界面會誘發蛋白表面變性，脫水會移除生物分子周圍的水合層，破壞維持結構的氫鍵，因此需要添加保護劑發揮抗降解的作用，不同類型保護劑有不同的作用機制，醣類中的蔗糖、海藻糖主要透過水替代機制，以自身的氫鍵取代生物分子周圍水分子的氫鍵，維持生物分子的天然構象，同時還能形成高玻璃化轉變溫度的無定形玻璃態基質，限制分子流動，避免變性聚集；多元醇如甘露醇可以提供結構支撐，避免凍乾餅塌陷；胺基酸如精胺酸可以降低高濃度蛋白製劑的黏度，還能發揮pH緩衝作用；聚合物可以提供空間位阻，避免蛋白分子相互靠近聚集；界面活性劑則可以競爭吸附在冰水界面，避免生物分子吸附變性，合適的保護劑組合可以發揮協同作用，比如蔗糖與海藻糖的搭配，同時兼顧結構保護和玻璃態穩定，對脂質奈米顆粒這類複雜結構有極佳的保護效果。
3. 冷凍乾燥製程優化策略
當前冷凍乾燥的配方設計已經發展出多種先進優化方法，不同於傳統單因素試錯的研發模式，現代配方設計以玻璃化理論為基礎，圍繞玻璃化轉變溫度優化賦形劑的選擇和搭配，優先選擇高玻璃化轉變溫度的輔料，確保儲存過程中製劑能夠維持穩定的玻璃態，同時還會整合人工智慧和機器學習技術進行高通量篩選，不僅可以將候選穩定劑的篩選週期從傳統的6到8週縮短到72小時，還能提高穩定性預測的準確率，聯邦學習更可以降低超過四成的篩選成本，已經有研究透過AI篩選得到的肽類穩定劑，可以將單株抗體的聚集率降低63%，大幅提升產品穩定性。除了配方設計，關鍵參數的精準控制技術也不斷進化，在冷凍階段導入可控成核技術，可以降低過冷度，促進均勻大冰晶的形成，增加凍乾餅的孔隙，提升昇華效率，搭配數位孿生建模和線上拉曼光譜即時監測，可以在保留產品關鍵品質屬性的前提下，將初級乾燥時間縮短最多40%，而新興的連續冷凍乾燥技術比如旋轉冷凍工藝，更可以將整個生產循環時間縮短三倍，不僅提升了生產效率，還能改善產品均勻性，幫助生物製劑冷凍乾燥工藝從實驗室規模放大到工業生產規模，滿足不斷增長的市場需求。
4. 基因治療與ADC應用進展
冷凍乾燥技術已在基因治療載體與新型生物製劑的穩定保存上取得重大突破，臨床常用的重組腺病毒（AAV）基因治療載體，原本需於零下65度以下超低溫環境儲存，儲運成本高昂且限制普及應用，透過優化凍乾配方，以甘露醇作為填充劑提供結構支撐、蔗糖維持熱力學穩定以避免病毒衣殼解離，搭配非離子界面活性劑緩解冷凍復溶的界面應力，可讓凍乾後的AAV載體在2至8度冷藏環境穩定儲存12個月並維持生物活性，擺脫對超低溫冷凍儲存的依賴；而mRNA脂質奈米顆粒疫苗透過合適糖類保護劑進行凍乾處理，可於室溫下儲存數月並保留轉染活性，大幅提升疫苗在資源匱乏地區的可及性。在ADC抗體藥物偶聯物的穩定優化方面，目前85%的商業化ADC皆仰賴凍乾技術解決儲存穩定性問題，ADC需同時維持單株抗體結構完整與連接子穩定、避免水解斷裂，凍乾工藝透過選用高玻璃化轉變溫度二糖作為基質，將ADC固定於剛性玻璃態結構中限制分子運動，減少連接子水解，同時配方避開會降低玻璃化轉變溫度的離子型輔料，並添加環糊精類聚合物作為增溶與穩定成分，強化整體穩定性；搭配固態氫氫交換質譜等先進分析技術，可精準解析蛋白與基質的交互作用，持續優化配方，有效提升ADC產品儲存穩定性並延長保質期。
5. 生物製劑專用包裝解決方案
德源包裝作為全球多家世界級包裝製造商的指定代理及分銷商，務求在市場上提供最優良、最先進的包裝解決方案，我們與供應商不僅是單純的供需關係，更是緊密合作、理念一致的業務夥伴，共同以提供優質產品與服務為核心目標。德源提供的硼硅玻璃容器憑藉出色的特性，成為當前生物製劑包裝的首選材料，由於製劑本身具有高度複雜性，且對環境因素極為敏感，包裝容器的選擇直接攸關藥物的質量與有效性，對包材有極為嚴格的要求，而硼硅玻璃不僅具備優異的化學穩定性，其化學結構穩定不易與生物製劑中的活性成分發生反應，能避免藥物在儲存與運輸過程中降解變質，還擁有可控的元素釋放特性，元素遷移的速度與量都能被嚴格管控，釋放到藥物中的元素極少，可充分保障藥物的純度與安全性，同時具備可定制的表面處理技術、優異的物理保護性能與高透明度，能依不同製劑的需求調整包裝特性，也可在冷鏈運輸、高溫滅菌過程中提供可靠保護，更方便後續進行藥物的外觀檢測與質量把關，不論是原研生物製劑還是生物類似藥的開發與商業化，都能提供穩定合適的包裝支持。
6. 未來發展前景與趨勢
未來冷凍乾燥技術與生物製劑穩定領域的技術創新主要包含四大重點方向，一是新型輔料與配方技術升級，業界持續研發兼具pH緩衝、穩定、冷凍保護效果的多功能輔料，同時積極開發環境友善的永續型輔料，契合製藥產業永續發展趨勢；二是數位技術深度整合，透過人工智慧、數位孿生與即時過程分析技術的結合，實現凍乾製程全自動自主控制，有效縮短研發與生產時程、降低製造成本；三是連續凍乾技術持續優化，將逐步取代傳統間歇式生產成為工業量產主流，不僅提升整體產能，更能優化產品品質均勻性、減少生產變異；四是針對CRISPR系統、個人化腫瘤疫苗等新一代療法，開發專屬穩定技術，解決新興生物分子的獨特穩定性難題。產業層面具備龐大發展機遇，全球生物製劑市場快速增長，基因治療、ADC、個人化藥物等領域爆發式發展，帶動穩定技術與高品質包材的龐大需求；凍乾技術可擺脫製劑對深度冷鏈的依賴，降低運輸成本、提升偏遠地區藥物可及性，有效擴大新藥市場覆蓋範圍。隨各國逐步完善AI輔助研發、連續生產等新技術的監管框架，將加速新技術產業化落地，搭配生物類似藥市場擴張帶動的高品質硼硅玻璃包裝需求，使凍乾技術結合高品質硼硅玻璃容器，成為新一代生物製劑的主流標準穩定解決方案，為患者提供安全、穩定的先進治療選擇。
結語
新一代生物製劑的發展為多種過去難以治癒的疾病帶來了新的希望，但其複雜結構帶來的穩定性挑戰，也考驗著整個產業的技術能力，冷凍乾燥技術搭配不斷進化的配方和製程優化，加上德源包裝高品質硼硅玻璃提供的穩定包裝環境，已經是當前最為成熟可靠的生物製劑穩定解決方案，未來隨著數位技術和材料科學的不斷進步，這一套解決方案也會不斷優化，進一步提升製劑穩定性和可及性。若您有生物製劑包裝方案相關需求，歡迎洽詢德源包裝專業顧問，取得專屬客製化解決方案。
附錄
