DeepSeek读书推荐 | 高通量双特异性抗体生产:开启生物制药发现应用新视野

学术   2025-02-10 08:33   湖北  

图片摘要:随着双特异性抗体(bsAbs)在肿瘤免疫、自身免疫疾病等领域的应用激增,如何高效生产并筛选大规模bsAb分子库成为行业焦点。本文系统综述了五大高通量(HTP)生产策略,包括链配对技术、单链/双链设计、抗体片段组合、化学偶联及氧化还原重组技术,并探讨了其在不同研发阶段的应用潜力。通过自动化平台与质谱分析技术的结合,bsAb研发周期有望缩短50%,为下一代抗体药物的快速开发铺平道路。

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双特异性抗体:为何成为“下一代抗体药物”的核心?

双特异性抗体(bsAbs)通过同时靶向两个不同抗原表位,可实现传统单抗无法企及的独特作用机制。例如:
  • 免疫细胞重定向:如靶向CD3(T细胞)与肿瘤相关抗原(TAA)的bsAb,可激活T细胞杀伤肿瘤(如已上市的Blincyto®)。
  • 信号通路协同阻断:如同时靶向EGFR和MET的Amivantamab,克服单靶点耐药。
  • 双表位增强结合:如针对HER2的双表位抗体可诱导受体聚集和内吞,增强疗效。
截至2024年1月,全球已有11款IgG样bsAb获批,2023年新增4款(如治疗淋巴瘤的Glofitamab)。然而,传统bsAb开发面临两大瓶颈:
  1. 生产复杂性:四链(HC-HC和HC-LC)正确配对困难,产物纯度低(通常仅12.5%)。
  2. 筛选效率低:早期需从数万种组合中筛选功能性分子,传统方法耗时耗资。

图1:bsAb研发流程与高通量技术适用阶段。

五大高通量生产策略:从“手工作坊”到“工业化流水线”

1.链配对技术:优化IgG样bsAb的组装

原理:通过工程化改造HC-HC或HC-LC界面,驱动正确链配对。
  • 经典技术:Knob-in-Hole(KiH,凹凸互补)、电荷对设计(如Genentech的CrossMab)。
  • 案例:罗氏开发的CrossMab技术通过交换Fab区CH1-CL结构域,实现HC-LC正确配对,成功用于Glofitamab(CD20×CD3 bsAb)生产。
优势:产物接近天然IgG,保留Fc效应功能(如长半衰期)。
局限:需多步纯化去除同源二聚体杂质,通量受限(<100分子/批次)。

2.单链/双链设计:简化分子架构

原理:减少bsAb链的数量,降低组装复杂度。
  • 单链格式:串联结构(如BiTE、Tandem scFv),仅需单一表达载体。
  • 双链格式:对称扩展IgG(如IgG-(scFv)₂),通过附加结构域增强功能。
案例:F-star的mAb²平台通过在Fc区引入第二个抗原结合位点,实现双靶点结合。
优势:表达简单(如大肠杆菌系统),适合早期筛选。
局限:稳定性与免疫原性风险较高,需后期优化。

3.抗体片段组合:“乐高式”模块化组装

原理:将预制的Fab、scFv或dAb模块通过连接肽或蛋白质标签(如GCN4肽-抗GCN4 scFv)快速组装。
  • 案例:Fab-Kp-Fab平台可生成>1000种bsAb矩阵,用于表型筛选发现新靶点组合。
优势:资源高效(少量模块生成大规模组合),适合靶点探索阶段。
局限:产物含非天然连接结构,需后期转换至最终格式。

4.化学偶联:精准“点击”组装

原理:利用生物正交反应(如铜催化点击化学、马来酰亚胺偶联)连接预功能化抗体片段。
  • 案例:通过“再桥接”马来酰亚胺试剂稳定Fab-Fab偶联,产率高达85%。
优势:快速、位点特异性,可引入功能化连接子(如荧光标记)。
局限:需去除未反应片段,后期开发需转至IgG样格式。

5.氧化还原重组:天然IgG样bsAb的规模化生产

原理:利用Fab臂交换(FAE)特性,将两种IgG4抗体在还原条件下重组为bsAb(如Genmab的DuoBody平台)。
  • 案例:Amivantamab(EGFR×MET bsAb)通过FAE技术从40种组合中筛选出最优分子。
优势:产物为天然IgG样结构,可直接用于临床生产。
局限:需精确控制还原条件,仅适用于IgG4亚型。

图2:主要bsAb格式及生产方法示意图。

高通量质谱分析:bsAb纯度与质量的“守门人”

大规模bsAb面板的质控需依赖先进质谱技术:
  1. 反相色谱-质谱联用(LCMS):在变性条件下分离杂质,定量正确产物(精度>90%)。
  2. 天然质谱(Native MS):保持bsAb天然构象,分析聚集与碎片化风险。
  3. 超高通量质谱(如RapidFire-Orbitrap):15秒/样本的速度实现糖型分辨,支持千级面板快速筛查。
关键挑战:同源二聚体与错误链配对杂质的区分需结合电荷、疏水性等多维分离策略。

未来展望:自动化与AI驱动的bsAb2.0时代

  1. 全自动化平台:整合质粒构建、瞬时转染、纯化与质谱分析,实现“样本进-数据出”的流水线(如Phynexus Phytip®系统)。
  2. 机器学习辅助设计:通过大数据训练模型预测bsAb结合活性、稳定性与免疫原性,减少实验筛选量。
  3. 新型格式探索:如三特异性抗体、抗体-药物偶联物(ADC)与细胞疗法联用,拓展治疗边界。

表1:IgG样bsAb的液相色谱-质谱联用分析方法。

结论

高通量bsAb生产技术的突破,正推动抗体药物研发从“试错式”向“理性设计”跨越。通过模块化组装、自动化平台与智能算法的结合,未来5年内bsAb开发周期有望缩短至12个月以下,为癌症、自身免疫病等重大疾病提供更高效的解决方案。
您认为bsAb技术最大的临床应用潜力在哪一领域?高通量生产是否会降低抗体药物的开发成本?欢迎留言讨论!

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