从CMC视角，如何降低ADC药物开发风险？

前言

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。

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作者｜小鱼

  01   

为什么会出现风险？

图1. 整个ADC生命周期阶段的挑战

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。

  02  

ADC早期开发：过去的经验和未来的趋势

图2. ADC构造

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。

新兴技术驱动下一代ADCs性能的改善：

第一代ADC：

• 低效能的负载

• 不稳定的连接子

• 未优化的偶联

图3. 第一代ADC

第二代ADC：

• 高效能的负载

• 新的连接技术

• 优化偶联

图4. 第二代ADC

第三代ADC:

• 将MoA（生物学活性）应用于新有效负载

• 稳定性提高

• 特定位点的标记

• 双特异性抗体&替代形式

图5. 第三代ADC

  03   

ADC早期开发：偶联技术的前景与趋势

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。

图6. 未来偶联技术多样化趋势

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：

（1）铜催化叠氮化炔环加成（CuAAC）；

（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.

  04  

ADC临床：工艺和纯化开发的重要性

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。

图7. 实验室流程

案例一：优化反应缓冲液

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。

图8. 微量生物反应容器

案例二：优化切向流过滤（TFF）

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。

图9. TFF原理

案例三：色谱开发

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。

  05  

 总结：消除ADC风险之路

图10. 在各环节应对挑战

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。

表1. 优化和消除风险的工具

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。

参考资料：

[1] https://www.lonza.com.cn/lonza-in-china

[2]https://www.drugtimes.cn/2021/06/19/dingdianoulianjishuzaikangtiyaowuoulianwuzhongdeyingyong/

[3] Nat Biotechnol. 2019 Aug;37(8):835-837.

  活动预告  

地点：苏州*播禾创新中心一楼，造币厂咖啡厅时间：4月20日（周四）15:00-19:30直播合作媒体：微解药

本期剧透（以现场为准）：

1. AI制药公司，创业或投资了什么项目？2. 3位创始人：创业之初，AI+制药，商业模式选择的考量因素？（SaaS/CRO/自建管线）3. 2位投资人：投资AI+制药公司考量因素？团队vs.平台/管线vs.商业模式4. 创始人vs.投资人：如何评估AI平台的价值？5. 造血：与MNC或Biotech合作，早期找到靶点vs.服务链条如何后移？6. 聊一聊大模型7. 聊一聊18C、商业化、海外AI+制药公司年报8. 未来AI制药的新趋势：新技术（iPSCs、CRISPR、单细胞技术等）、数据变革、生物药（大分子、多肽、核酸等）

5月19-20日，上海；开疆拓土，智药新潮 ｜BiG双峰会

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