抗体药物偶联(ADC)新技术的研发 盲评版

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乳腺癌是危害妇女健康的主要恶性肿瘤,我国乳腺癌发病率呈逐年上升趋 势,增长速度高出高发国家 1~2 个百分点,每年新增病例约 25 万。目前,市场 上的曲妥珠单抗可以显著提高占乳腺癌患者 20%的 HER2 阳性患者的存活率。有 研究报道指出,曲妥珠单抗对部分 HER2 阴性乳腺癌患者仍然有效,因为其能杀 伤肿瘤组织中表达 HER2 的少量肿瘤干细胞。
另一部分进一步处理检测 HER2 抗原内吞情况。 a)抗体内吞 细胞表面的抗体或者偶联物在 4 ℃用 FITC 标记的山羊抗人多抗孵育 30 min,
流式检测细胞表面荧光强度。%内吞=表面总 MFI (4 ℃)-表面总 MFI(37 ℃)/ 表 面总 MFI(4 ℃)×l00;
b) HER2 内吞 细胞在含 10%胎牛血清的培养基孵育 5 min,洗涤,重复 3 次,使细胞表面 的抗体或偶联物完全被洗脱下。然后细胞再用 HER2 抗体 (10 ng/mL)在 4℃孵育 30 min, PBS 洗两次,FITC-标记的山羊抗人抗体 4 ℃孵育 30 min。流式细胞仪 检测 MFI % HER2 内吞=表面总 MFI (不处理的阴性细胞表面总 MFI (mAb 或 ADC 处理的细胞)/表面总 MFI (不处理的阴性细胞) ×l00。 6)细胞调亡分析 5×104 个/mL MCF7 在培养基或者 5 ug/mL HER2 抗体或者偶联物作用下培养 72 h。细胞离心,去培养基,用 PBS 洗涤,取 2×l05 个细胞,加 500 uL 结合液, 5 uL AnnexinV,l0 uL PI,室温避光孵育 5 min。流式检测调亡细胞的百分比。 7)体内试验 体外培养的 MCF7 细胞处于对数生长期时,离心用培养液洗两次,再将细胞浓 度调整为 5×107/mL。每只裸鼠皮下注射 0.2 mL 肿瘤细胞。等平均肿瘤大小长到 260 mm3 以上时,将 18 只裸鼠随机分成 3 组。裸鼠经尾静脉分别给予 PBS、HER2 抗体(3 mg/kg)和偶联药物 (3mg/kg) , 3 天一次,共 3 次。脾瘤大小釆用公式 (L×W2)/2 计算,L 为肿瘤的长,W 为垂直于 L 的宽。停药一天后处死阴性组小 鼠,剥离瘤体,给药组继续养着检测肿瘤生长情况。
用点击化学,实现抗体-小分子或荧光标签的模块化偶联,可应用于治疗和示踪 检测。
2、应用前景及市场分析:市场趋势预测和市场机会,市场规模、市场结构与划 分、目标市场、产品所处市场发展阶段(空白/新开发/高成长/成熟/饱和)、品 牌状况
乳腺癌在中国是女性发病率第一的恶性肿瘤,我国每年大约新增乳腺癌患者 约 25 万。目前,紫杉醇系列细胞抑制剂类药物、抗代谢类药物、内分泌抗激素 治疗药物、芳香酶抑制剂和黄体生成激素释放激素类似物仍是临床中的主流品 种。针对乳腺癌的靶向治疗药物是近年来的研究热点和市场关注焦点,主要包括 以 HER2 受体为靶点的药物如单抗类药物曲妥珠单抗、小分子蛋白激酶抑制剂拉 帕替尼等,以及血管生成抑制剂贝伐单抗。
2、拟解决的关键问题 1. 提高抗体与小分子药物偶联效率: 当前抗体与药物偶技术,一般通过与抗体的侧链氨基反应偶联药物分子,或
者通过对抗体糖链进行氧化还原反应偶联药物小分子,但是这些反应是位点非特 异的,抗体和小分子药物结合比不均一,同时容易造成抗体失活。新的方法是在 抗体蛋白中引入新的半胱氨酸巯基位点,或者引入非天然氨基酸作为反应位点,
Bryostatins 是从海洋动物苔藓虫中提取出的 20 多种大环内酯的总称,具 有显著的抗癌抗炎等药理活性。最早被发现的 Bryostatin 1,能够结合并激活 PKC,促进细胞凋亡,具有抑癌功能。Bryostatin 1 已经用于治疗中风,糖尿病, 阿尔茨海默症和转移性结直肠癌(phase 2)的临床试验。Bryostatins 成员具 有相同或相似的大环核心结构,其中以 Bryostatin 19 效果最佳,但也最难获 得,而 Bryostatin 1, 4 和 5 等效果较好,且产量较多。Bryostatins 可以作为 很有潜力的 ADC 的候选药物。
但需要对抗体基因进行改造,容易导致抗体产率和稳定性降低。我们发明的技术, 不需要在抗体引入突变位点或非天然氨基酸位点,可以通过特殊的 linker 对抗 体 N-末端氨基进行药物偶联,确保抗体-小分子药物结合比均一,实现定点定量 偶联,并且是在温和的生理条件下反应,避免了抗体蛋白的失活。
2. 简化常规抗体药物偶联的工艺: 常规的 ADC 技术通常涉及众多步骤,对于不同的化学药物需要设计不同的实 验方法,技术普遍不具有兼容性和通用行。我们发明特殊的 linker 连接抗体和 小分子药物,采用点击化学技术,将反应拆分为 Azido-抗体和 DBCO-小分子药物 两大模块,可以实现不同抗体和小分子药物之间的组合偶联。这种模块化的反应, 广泛适用于各种化学药物,简化了整个偶联的工艺。 3.拟采取的技术路线(市场推广路线)及可行性分析(请附技术路线图) 在制备 HER2 mAb 的基础上,合成 HER2 mAb-DOX,PTX 和 Bry 4 等 ADC 药物 , 对其各项兴致进行检测,以乳腺癌小鼠模型研究 ADCs 的在体内抑制癌细胞增殖 的能力。再进一步上海医院合作检测 HER2 mAb ADCs 对乳腺癌患者来源癌细胞的 治疗效果,做好临床前实验准备。本课题组和中心具备进行抗体基因克隆,表达 和纯化所需的实验仪器设备,以及各类细胞,动物水平的药理学实验设施和手段。 ADC 药物合成由合成中心提供合作和指导。
二、项目研Fra Baidu bibliotek内容 1、主要研究内容
1. HER2 人源化抗体的构建,表达和纯化; 从全人源的天然噬菌体 Fab 库中筛选分离到靶向 HER2 胞外区的抗体 scFv 基因,连接至 pET23a 载体中,转入感受态细胞中,挑取单克隆进行鉴定,鉴定 正确的克隆进行测序。之后进一步克隆全长的 HER2 抗体基因,连接至 B3.1 载体,
转染 293F 细胞表达全长抗体,分离纯化,并检测所表达的抗体的稳定性、聚集 性和亲和性。
2.抗体药物偶联 合成 Azido linker;ADC 的偶联方法包括常规的 EDC-NHS 催化肽键偶联和 Azido-DBCO 点击化学偶联;将 HER2 单抗与小分子药物 DOX, PTX 和 Bry 4 等偶 联;对合成,偶联反应过程中的各种产物进行色谱,质谱和核磁共振分析鉴定。 3.抗体偶联物活性检测 建立细胞水平和动物水平的乳腺癌试验模型,重点评估 HER2 mAb-Bry 4 的 效果; 1)抗体及偶联物与 HER2 阳性 MCF7 细胞的结合检测 1×106 MCF7 细胞和不同浓度抗体或对应的偶联物在 1% BSA 溶液里 4 ℃孵 育 30 min,PBS 洗两次后,用 FITC 标记的山羊抗人多抗 4℃孵育 30 min,PBS 洗后流式细胞仪检测 FITC 荧光强度。 2)CDC 活性检测 调整细胞浓度 4-6×105/mL, 0.1 mL/孔;加入不同浓度的抗体或偶联物,0.05 ml/孔,阴性对照孔加 0.05 mL 培养液,37℃ 5% C02 的孵箱中培养 20 min;取稀 释好的补体,50 uL /孔加样,室温震荡混句约 1 min,置 37 ℃培养箱中培养 120 min。CCK 检测活性,测定 OD450nm。 3)细胞毒性检测 细胞铺板,1x104/孔;加入不同浓度的抗体或抗体偶联药物 0.1ml/孔,阴性 对照孔加 0.1 ml 培养液,37℃ 5% CO2 孵箱中培养 4 天。每孔加 10 uL CCK, 37℃ 5% CO2 孵箱中培养 4 h,测定 OD450nm。 4)竞争性抑制 竞争性抑制试验是为了间接观察 ADCs 是否通过结合 HER2 抗原然后发挥活 性。细胞在 lug/mL 的偶联物作用下,添加 l00 ng/ mL 的 HER2 抗体,37℃ 5% CO2 孵箱中培养 72 h, CCK 检测活性,测定 OD450nm。 5)内吞检测 MCF7 在 10 ug/mL HER2 抗体或者 ADCs (10 ug/mL) 4℃下孵育 30 min。经 过洗涤之后,细胞在 4 ℃或者 37 ℃里继续培养 2 h。洗涤,流式检测抗体内吞。
避免长期反复用药造成肿瘤细胞的药物耐受。2013 年罗氏制药的 T-DM1,将曲妥 珠单抗与化疗药物 Emtansine 偶联,作为首个获批上市的 ADC 药物,用于治疗 HER2 阳性晚期转移性乳腺癌。ADC 药物从实验室走向临床是抗体药物发展的又一 个新趋势。
ADC 由抗体,小分子药物和连接臂构成。抗体必须具有高度的靶向特异性, 能有效诱导细胞内吞。小分子药物要求有很强的细胞毒性,高稳定性,如刺孢霉 素、类美登素等。连接臂应在人体血液中高度稳定,进入细胞后解离释放小分子 药物。影响 ADC 效果还包括抗体的连接位点,以及小分子药物与抗体的数量比。 抗体上可以用于偶联小分子药物的基团有氨基,羧基,巯基,以及糖链,偶联方 法为化学法和酶法。目前上市的 ADC 采用常规的偶联方法导致抗体-小分子药物 偶联位点非特异,偶联数目比和产品质量不均一,影响 ADC 的治疗效果。因此未 来 ADC 的研发集中在筛选更为有效的细胞毒性小分子和改进连接技术,增强 ADC 治疗效果。
申请人课题组已经克隆全人源化 HER2 单抗基因,计划制备 HER2 单抗 ADCs, 并建立乳腺癌模型验证这些 ADCs 的治疗效果。实验采用的小分子药物既包括传 统的阿霉素(Doxorubicin,DOX)和紫杉醇(Paclitaxel,PTX),也包括新型海 洋抗癌化合物 Bryostatins。在 ADC 偶联方面,探索新的定点定量偶联方法,采
项目名称:抗体药物偶联(ADC)新技术的研发 所属领域:生物医药 所属类别:应用创新类
正文 (全文不超过 5000 字) 一、项目立项依据 1、项目背景及研究意义 抗体是机体对外界抗原如细菌,病毒,毒素等刺激而产生的免疫球蛋白,与 抗原结合而发挥治疗疾病的功能。抗体药物具有高特异性,高效性和安全可靠等 特点,因而广泛用于疾病的诊断和治疗。 抗体药物经历了第一代动物多价抗血清,第二代杂交瘤技术制备的单克隆抗 体(monoclonal antibody,mAb)和第三代基因工程抗体三个阶段。基因工程抗 体,主要是利用 DNA 重组技术对抗体结构进行改造,消除不利性状或增加新的生 物学功能,或制备各种形式的重组抗体。 由于单抗药物靶向治疗,高效,低毒的特点,和化疗药物相比具有明显的优 势,单抗与化疗药物联合用药给肿瘤患者带来显著生存受益,逐步的成为部分肿 瘤领域一线治疗选择。1997 年 FDA 批准嵌合抗体美罗华上市,用于非霍奇金氏 淋巴瘤治疗。与它一起跻身 10 亿美元销售榜的还有次年上市的嵌合抗体英夫利 昔单抗以及人源化抗体帕利珠单抗和曲妥珠单抗(Trastuzumab,商品名赫赛汀, 用于乳腺癌治疗)。自此单抗产业进入高速发展期。2002 年全球第一个全人源化 的单抗阿达木单抗被 FDA 批准上市,成为最畅销的超级明星药物,2012 年的销 售额为 92.6 亿美元。2004 年贝伐单抗上市,2008 年销量达 29 亿美元。可见, 单抗药物的全人源化是发展趋势,降低对人体的异源刺激,提高安全性。 将抗体与放射性同位素,毒素,化疗药物等细胞毒性物质偶联,即抗体-药 物偶联物(antibody-drug conjugate,ADC),又称生物导弹,使小分子药物特 异性靶向肿瘤组织,从而杀伤肿瘤细胞。ADC 能改善小分子药物的代谢动力学, 减少小分子药物在体内的非特异性分布和治疗剂量,降低毒副作用。ADC 药物能 够在第一时间将其杀死,或至少导致细胞周期停滞,从而为患者赢得生存时间,
赫赛汀是第一个被 FDA 批准用于治疗 HER2 阳性的转移乳腺癌和早期乳腺癌 单抗药物,本世纪初进入中国市场。从上市到 2013 年总销售额已超过 500 亿瑞 士法郎,是全球前三位抗肿瘤单抗药物中增长率最高的品种。赫赛汀在我国的使 用逐年增长,2013 年 16 城市样本医院曲妥珠单抗销售额为 3.92 亿元。2013 年 FDA 批准罗氏旗下基因泰克公司的帕妥珠单抗(Pertuzumab)作为早期乳腺癌手 术前治疗用药,和治疗晚期转移性 HER2 阳性乳腺癌用药。同年,罗氏的 T-DM1 成为第一个获得 FDA 批准的上市 ADC 药物,提升治疗 HER2 阳性乳腺癌的效果。 以 HER2 为靶点治疗乳腺癌的三种上市单抗 Trastuzumab,Pertuzumab 和 T-DM1 均为罗氏拥有,但新研发的后两个单抗尚未在中国上市。可见,研发治疗乳腺癌 的高效单抗药物,是患者的迫切需求,具有重大的研究价值和经济效益。
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