从CMC视角,如何降低ADC药物开发风险?
当下超过500种生物偶联物管线中,41%为抗体偶联药物(Antibody-drug conjugate,ADC)。然而,200多条ADC开发管线仍然处于发现和早期临床阶段,只有15款ADC获批上市。
高流失率意味着ADC药物从开发到临床一路走来,处处是陷阱。开发者承担着巨大的开发风险,因此我们应该及早消除风险,优化工艺,实现更高效的开发路径,以及利用新技术来降低损耗率和开发成本。
ADC药物开发失败原因:
一是缺乏有效性和安全性;二是扩大制造规模的难度高,极大地增加了成本和延长了整个开发时间,可能打乱企业原本对其ADC产品做出的规划安排。
ADC的初级结构:
作为载体的抗体和连接的有效载荷。这两个组分彼此独立开发,工艺复杂。而连接子发挥将两者连接起来的重任,确保ADC的稳定性。
ADC的功效、安全性和可制造性取决于每个组件。
抗体关系到对靶抗原的特异性,免疫原性和免疫毒性风险,聚合和蛋白翻译后修饰(PTM)。ADC的有效载荷一般指的是小分子化学药物,需要保证其连接抗体后的细胞毒性,有效载荷的释放,连接的稳定性。ADC的每一个成分都可以决定临床成功。
目前已获批准的ADC都利用经典的随机内源性氨基酸进行偶联,但这个方法通常表现出较低的药物抗体比(DAR)。DAR是决定药物疗效的最重要因素之一。为了提供适当的抗癌效果,必须附加适量的有效载荷。过量的有效载荷会增加毒性并因免疫系统的运作而引起副作用;过低的有效载荷没有办法发挥杀伤肿瘤的作用。
因此要开发新的偶联策略,更好地控制小分子药物的位置和数量,保持整个结构的完整性和同质性。
重桥接
利用了抗体结构内天然存在的半胱氨酸残基,而硫单抗技术通过不涉及结构二硫键的工程化反应性半胱氨酸,在抗体上实现位点的选择性和均匀修饰。除了硫单抗技术外,非标准氨基酸(ncAA)的加入为位点特异性偶联提供了另一种可能性。通过在抗体序列中插入特定的氨基酸标签,这些标签被特定的酶所识别,也可以执行位点特异性偶联。由于IgG是一种糖蛋白,包含N-聚糖,这种糖基化可以作为连接有效载荷的附着点。
最后来详细聊一下点击化学的应用,或许将迎来第四代新型ADC。
点击化学反应可分为三类:
(2)应变促进叠氮-炔烃的环化加成反应(SPAAC);
(3)逆电子需求Diels-Alder(iEDDA)。
目前,叠氮化物-炔烃环加成(AAC)作为点击化学代表性反应,已被用于ADC开发,将有效载荷附着到抗体上。此外,ADC可以在不使用mAb中的天然氨基酸残基的情况下合成,可以在温和的条件下发生有效的反应,产率高。
铜催化叠氮化物 - 炔烃环加成(CuAAC)
是通过将直链炔烃与铜催化的叠氮化物结合形成杂环来合成的。
应变促进叠氮-炔烃的环化加成反应(SPAAC)
是通过环辛炔的环修饰合成的,并利用它得到均质的ADC产物。由于铜的存在,已经观察到CuAAC氧化抗体中的某些氨基酸,并且氧化的蛋白质可能是免疫原性的。
点击化学在ADC领域的应用目前仍处于临床阶段,并且研究开发的公司并不多,属于一个新兴领域,但是根据目前的疗效来看,是十分值得探索的!
例如,ADCT-601和STRO-002都报道了ADC在肿瘤细胞上具有“点击释放”化学反应的活性,表明ADC具有较高的肿瘤摄取率,其直接化学控制活化和良好的肿瘤保留释放的模型药物,为未来的治疗研究奠定了基础,降低了ADC开发的疗效风险。
图注:使用生物正交点击化学制备ADC的生物技术公司
图源:Nat Biotechnol. 2019 Aug;37(8):835-837.
临床III期需要:确定工艺放大的数量级;优化配方,稳定ADC;形成稳健的项目分析方法,充分表征药物的所有相关特性。具体来讲,拿出一致的数据用来描述产品的整个生命周期,使开发过程合规、高效进行。
在偶联过程中,还原时pH7.5-8.5,结合时pH6.5-7.5。首先根据这款ADC的化学性质预先选择缓冲液成分,再小规模筛选缓冲液,缩小反应容器可以允许并行筛选多个缓冲液,评估DAR和凝胶过滤色谱(SEC),从而选择最合适的缓冲液,调整配方以允许大规模生产。
DAR评估有三个好处:1.提高偶联效率;2.观察pH和缓冲剂的影响;3.维持稳定均一的DAR。
TFF能够有效去除药物相关杂质,需要优化TFF的参数以适合工艺发展,同时在大规模生产中TFF参数保持恒定。需要优化的参数有跨膜压力,进料流量,膜负荷,蛋白质浓度。首先在不同进料流量下测试不同TMP,评估滤液通量,选择TMP和进料流量以最大限度地提高滤液流量,评估游离药物和溶剂,选择有效的最小过滤孔隙。
色谱的开发能够控制关键质量属性,扩展纯化技术,能够有效去除与药物相关的杂质,富集特定的DAR种类。在色谱开发过程中,需要考虑选择什么树脂和结合能力,分离,富集标准,消耗量,循环时间。同样为工艺发展优化参数,为大规模生产保持恒定参数。摸索最合适的pH值、电导率、缓冲液和洗脱条件,提高结合力。
细胞毒性ADC的市场呈现正增长。许多制药公司的产品将迎来重大市场变化。面对市场需求的增加,专业知识和技术是应对风险变化的关键。ADC产品商业化面临三方面的挑战,内部技术不成熟,严苛的外部市场监管以及市场供应波动。FDA的生物制品许可申请(BLA)流程十分复杂,加大了临床到商业化的不确定性。需要详细的计划来降低风险。应对市场需求需要灵活、安全的产能来保证短期或者长期供应。然而,许多ADC公司面临着工艺优化的经验不足,专业设备的缺乏,工艺规模的无力放大等硬伤。
为此,我们应驾驭多样化的技术环境;药物开发形成稳健的流程;通过设计而不是测试来提高质量;具有良好设施适应性的可放大流程;减少接口和技术转移,满足紧迫的时间表;降低技术转移到GMP设备的风险,考虑内毒素/生物负担,GMP流程,IND备案等。
内容来源:BiG专栏 BiG生物创新社
责任编辑:胡静 审核人:何发
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