下一代抗体工艺:核酸+抗体

下一代抗体工艺:核酸+抗体


过去的40年里,抗体免疫疗法取得了巨大的进步,正在彻底改变现代医学……然而,单克隆抗体(mAb)药物的研发、生产、使用也有诸多限制因素,如工艺开发难度大、产品表征复杂、质控要求高、严格的冷链储存和运输的需求、以及高的制造和分销成本等。

最近核酸药物,尤其是mRNA疫苗的成功,为抗体生产使用提供了新的思路。通过瞬时转导抗体编码基因,将身体变成了抗体生产的生物工厂,则可以降低成本,缩短周期,增加抗体药物的可及性。


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体内抗体编码基因递送

 

体内递送抗体的编码基因,可以解决传统抗体生物制剂的许多局限性。病毒载体、合成DNA、mRNA是现在常用的三种策略。


三种核酸递送平台的差异可参考下表:

                            

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肿瘤治疗抗体核酸药物开发

 

2017年Muthumani 等人构建了PSMA抗体编码DNA, 是比较早期的抗体编码核酸药物研究。该编码抗体核酸注射入小鼠体内,抗体浓度在3周达到峰值,3个月左右依旧可以检测到。与对照组比较,可以提高荷瘤小鼠的存活率。(文献1)

          

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pDNA-单克隆抗体(dMAbs),现有研究表明不仅可以靶向和缩小模型动物肿瘤,而且生产平台成本更低。国际上也出现了专注于DNA核酸抗体公司,如Inovio Pharmaceuticals。2018年他们在Cancer Research发表了他们编码CTLA-4抗体的DNA药物的初步试验数据,在小鼠肌肉注射CTLA-4抗体的DNA药物,血清抗体浓度高达85μg/mL,一年之后可检测到的表达水平为15μg/mL(文献2)。此外PD-1抗体的dMAbs研发也在进行中。

 

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Stadler等2017年进行了双特异性抗体mRNA药物的研究,构建了CD3XEpCAM双特异性抗体编码mRNA。

 

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在静脉注射后的6小时内检测到翻译的双特异性抗体,具有CD3和claudin或EpCAM结合能力,6h时间点的血浆体外细胞毒性在90%以上,在注射mRNA后第6天仍有50%细胞毒性水平,动物试验,mRNA编码的双特异性抗体表现出较早和快速的肿瘤消退。

 

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感染性疾病

 

mRNA因为新冠疫苗,让大家熟知。除了疫苗,核酸抗体也在多个感染性疾病开始开发。


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dMABs工作原理示意图(Inovio Pharmaceuticals官网)

 

Inovio Pharmaceuticals正在开发COVID-19核酸疫苗。除此之外,针对Spike蛋白的DNA编码单克隆抗体也处在临床前期,针对Zika病毒糖蛋白的INO-A002已经进入临床1期。


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感染性疾病dMAb进展(Inovio Pharmaceuticals官网)

 

登革热pDNA‑mAbs



每年全球有约4亿人处于登革热的威胁中,尤其在发展中国家。Flingai等尝试构建DNA编码的登革热抗体药物,他们评估了一种野生型(wt)和变异型dMAbs,并将LALA突变纳入Fc区域,以减轻登革热的继发性感染。在小鼠中至少19周内维持1μg/mL表达水平,并证明了登革热病毒血清型1-3的中和作用(文献4)。

 

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流感病毒、埃博拉病毒pDNA‑mAbs



流感病毒因为其高变异性,以及H7N9、H5N1等亚型的高致病性,是全球重点防控的传染性疾病。美国军事医学传染病研究所等构建了针对流感,埃博拉等病毒的pDNA-mAbs,显示在注射后2-8周,抗体可以维持在4ug/ml以上,在4周左右处于峰值。1ug/ml的浓度则可以维持至注射后40周以上(文献5)。

 

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对于埃博拉病毒,注射后2周抗体可以达到峰值,并至少维持至13周,对于遭受埃博拉病毒攻击的小鼠,有很好的保护作用。

 

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寨卡病毒pDNA‑mAbs



如前文所述,Inovio Pharmaceuticals针对Zika病毒糖蛋白的INO-A002已经进入临床1期。2019年他们在MolecularTherapy公布了非人灵长类动物的研究数据(文献6)显示出对于塞卡病毒感染的良好保护作用。

 

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Anti‑HIV pDNA‑mAbs



Wise等人设计了一个由16个广泛中和HIV-1抗体组成的DMAbs组合,并将其递送至到小鼠和非人类灵长类动物中,单独或联合递送的dMAbs显示出长达300天表达,并在体外中和体内试验中显示对全球panel病毒产生中和效应。

 

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— 小 结 —

 

重组单克隆抗体在抗肿瘤抗感染领域都取得了巨大进展,全球超过100个抗体药物上市。但是抗体药物开发周期长,工艺复杂,生产体系产生的修饰导致产品有巨大的异质性,对于存储和运输要求高等,使得抗体药物的可及性变差。


核酸药物,相对工艺简单,重组抗体的编码核酸,使用人体细胞作为“反应器”产生抗体,降低了工艺开发难度,减少了抗体体外表达修饰引起异质性,缩短了工艺开发周期,降低成本,从而增加了药物可及性。


随着mRNA疫苗在新冠及肿瘤领域内的突破,核酸药物工艺日趋完善,使用抗体编码核酸药物治疗肿瘤和感染性疾病成为可以期待的下一代抗体工艺。


下一代抗体工艺:核酸+抗体 主要参考文献


1.Muthumani K, Marnin L,Kudchodkar SB, Perales-Puchalt A, Choi H, Agarwal S, et al. Novel prostatecancer immunotherapy with a DNA-encoded anti-prostate-specific membrane antigenmonoclonal antibody. Cancer Immunol Immunother. 2017;66(12):1577–88
2.Duperret EK, Trautz A, StoltzR, Patel A, Wise MC, PeralesPuchalt A, et al. Synthetic DNA-encodedmonoclonal antibody delivery of anti-CTLA-4 antibodies induces tumor shrinkagein vivo. Cancer Res. 2018;78(22):6363–70
3.Stadler CR, Bahr-Mahmud H, CelikL, Hebich B, Roth AS, Roth RP, et al. Elimination of large tumors in miceby mRNA-encoded bispecifc antibodies. Nat Med. 2017;23(7):815–7
4.Flingai S, Plummer EM, Patel A,Shresta S, Mendoza JM, Broderick KE, et al. Protection against denguedisease by synthetic nucleic acid antibody prophylaxis/immunotherapy. Sci Rep.2015;5:12616.
5.Andrews CD, Luo Y, Sun M, Yu J,Gof AJ, Glass PJ, et al. In vivo production of monoclonal antibodiesby gene transfer via electroporation protects against lethal infuenza and Ebolainfections. Mol Ther Methods Clin Dev. 2017;7:74–82.
6.squivel RN, Patel A,Kudchodkar SB, Park DH, Stettler K, Beltramello M, et al. In vivodelivery of a DNA-encoded monoclonal antibody protects non-human primatesagainst Zika virus. Mol Ther. 2019;27(5):974–85
7.Wise MC, Xu Z, Tello-Ruiz E,Beck C, Trautz A, Patel A, et al. In vivo delivery of syntheticDNA-encoded antibodies induces broad HIV-1-neutralizing activity. J ClinInvestig. 2019







专栏作者


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医药局中人|| 混迹体外诊断,生物制药十数年,渴求疾病诊疗突破,终生愿做医药局中人。


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