Fire viktige elementer og utviklingstrender for ADC-medikamentutvikling

ADCs (antistoff-medikamentkonjugater) -teknologi er å koble monoklonale antistoffer og medikamentmolekyler sammen gjennom linker, bruke den spesifikke målretting av antistoffer for å transportere medikamentmolekyler til mål vev, redusere de systemiske toksiske bivirkningene av legemidler, forbedre medisinbehandlingsvinduet utvide potensialet av antistoffterapi [1]. Etter at ADC som sirkulerer i blodet binder seg til målantigenet, blir det internalisert ved clathrin-mediert endocytose. Det internaliserte komplekset går deretter inn i endosom-lysosomveien, og blir i de fleste tilfeller først transportert til de tidlige endosomene, og deretter til lysosomene. Det sure miljøet og proteolytiske enzymer forårsaker nedbrytning av lysosomer som inneholder ADC, og frigjør derved cytotoksiske medikamenter i cytoplasmaet. Det frigjorte cytotoksiske medikamentet strømmer deretter ut i cytoplasmaet og induserer apoptose gjennom DNA-innsetting eller hemming av mikrotubulesyntese. Derfor har riktig mål, antistoff, linker og cytotoksisk nyttelast blitt de fire nøkkelfaktorene som påvirker ADCs medisiner.

1. Kjernen fire elementer i ADC medisiner

1.1 Valg av riktig mål

Den vellykkede utviklingen av ADC avhenger av den spesifikke bindingen av antistoffer til målantigenet. Det ideelle ADC-målet er høyt ekspresjon på overflaten av tumorceller, lite ekspresjon eller ingen ekspresjon i normalt vev, eller i det minste begrenset til spesifikke vev, så som CD138, 5T4, mesothelin, leukemi og CD37. Mål uttrykt i normalt vev vil innta ADC-medisiner, noe som ikke bare fører til GG-quot; giftige effekter, men reduserer også ADC-dosen beriket i kreftvev og reduserer ADC-medikamentbehandlingsvinduet.

Effektiv ADC-aktivitet er relatert til antall antigener på celleoverflaten. Studier har vist at for å oppnå effektiv ADC-aktivitet, er det nødvendig med minst 104 antigener på celleoverflaten for å sikre at en dødelig dose cytotoksiske medikamenter blir levert inn i cellen. På grunn av det begrensede antallet på overflaten av tumorceller (gjennomsnittlig antall antigener per celleoverflate er ca. 5000 til 106), og de fleste kliniske trinn ADC-medisiner har en gjennomsnittlig DAR på 3,5 til 4, så ADC-medisiner blir levert til svulstceller. Veldig lite. Dette anses også for å være en av hovedårsakene til den kliniske svikt i ADC kombinert med konvensjonelle cytotoksiske medisiner som metotreksat, paclitaxel og antracyklinantibiotika.

I tillegg til spesifisitet og tilstrekkelig uttrykk, bør det optimale målantigenet også forårsake effektiv ADC-internalisering. Bindingen av antistoffet til overflateantigenet i målcellen kan utløse internaliseringsveien av antistoff-antigenkomplekset inn i cellen, og derved oppnå intracellulær tilførsel av medikamentet.

For øyeblikket er leukocyttoverflate-differensieringsantigenet det første brukte ADC-målet. Foreløpig har de 20 ADC-medisinene i klinisk utviklingstrinn 10 mål (CD33, CD30, CD79b, CD22, CD19, CD56, CD138, CD74) på ​​overflaten av leukocyttantigen. Mange ADC-medikamenter er rettet mot leukocyttoverflateantigener i stor grad fordi disse antigenene er sterkt uttrykt i tumorvev, ikke uttrykt i normale hematopoietiske vev, eller uttrykt i ekstremt lave nivåer.

I tillegg har noen faste tumoroverflatreseptormolekyler gradvis blitt funnet å være egnede kliniske ADC-mål, slik som PSMA på prostatakreft, epidermal vekstfaktorreseptor EGFR og eggstokkreftvev nektin 4 og andre ADC medisiner har gått inn i klinisk fase II. Kadcyla godkjent av FDA i 2013 med et mål på HER2. I 2019 er Padcev godkjent av FDA med et mål på NECTIN4 det andre ADC-legemiddelmålet som er godkjent for behandling av solide svulster.

1.2 Valg av antistoffer

Den høye spesifisiteten til antistoffmolekyler er det grunnleggende kravet for å oppnå effektiviteten av ADC-medisiner, for å konsentrere det cytotoksiske middelet på tumorstedet. Ved å stole på høye affinitetsspesifikke antistoffer, i tillegg til å unngå toksisitet for friske celler, kan antistoffer som mangler tumorspesifisitet elimineres av sirkulasjonssystemet, forårsaker ADC-medikamenter til" tømme" før du når tumorvev. Av denne grunn er cytotoksiske medikamenter vanligvis bundet til Fc-delen eller det konstante området av mAb for å forhindre deteksjon og binding av antigenet.

Fordi disse 150 kDa antistoffmolekylene ikke bare inneholder flere naturlige steder for konjugering, men også kan modifiseres for andre reaksjonssteder, er alle ADC-antistoffer for tiden IgG-molekyler. Fordelen med IgG-molekylet er dens høye affinitet for målantigenet og en lengre halveringstid i blodet, noe som fører til en økt akkumulering på tumorstedet. Sammenlignet med andre IgG-molekyler har IgG1 og IgG3 mye sterkere antistoffavhengig cytotoksisitet (ADCC) og komplementavhengig cytotoksisitet (CDC), men fordi IgG3 har en kortere halveringstid, er det ikke et ideelt valg for ADC-medisiner. I tillegg, sammenlignet med IgG2 og IgG4, er hengslene dannet av IgG1 i cellen lett å redusere, så det er vanskelig å produsere ADC-medisiner basert på cysteinproduksjon. Fordi IgG1 har relativt sterk ADCC og CDC, lang halveringstid og enkel produksjon, er de fleste ADC-medisiner derfor for tiden konstruert ved bruk av IgG1 stillas [3].

Immunogenisiteten til ADC er en av de viktigste determinantene for sirkulerende halveringstid. Tidlige ADC-er brukte monoklonale antistoff fra mus for å forårsake en sterk, akutt immunrespons (HAMA) i menneskekroppen. For tiden bruker de fleste ADC-er humaniserte antistoffer eller fullstendig humaniserte antistoffer.

Generelt bør det ideelle mAb for ADC-arkitektur være et humanisert eller fullstendig humanisert IgG1-molekyl som selektivt kan binde seg til tumorceller uten å kryssreagere med sunne celler. I tillegg kan ADC-internalisering være en viktig faktor i stedet for en absolutt faktor for vellykket behandling.

1.3 Valg av toksinmolekyl (nyttelast)

Toksinmolekyler er en nøkkelfaktor for suksessen med ADC-medikamentutvikling. Bare en liten del av antistoffet som er injisert i kroppen akkumuleres i faste tumorvev, så den første er å ha subnanomolare toksiske molekyler (IC50-verdi på 0,01-0,1 nM). Passende nyttelast. I tillegg må giftige molekyler ha egnede funksjonelle grupper som kan kobles, ha sterk cytotoksisitet, er hydrofobe og er veldig stabile under fysiologiske forhold.

De toksiske molekylene som for tiden er brukt for utvikling av ADC-medikamenter, kan deles inn i to kategorier: mikrotubuleinhibitorer og DNA-skadelige midler, og andre små molekyler som α-amanitin (selektive RNA-polymerase II-hemmere) er også under utredning [12]. Førstnevnte er representert av MMAE og MMAF (gratis medikament IC50: 10-11-10-9M) av Seattles Genetics og DM1 og DM4 (fritt legemiddel IC50: 10-11-10-9M) utviklet av ImmunoGen 's. Det siste er representert med Calichemicin, duocarmycins og Spirogens PBD (gratis medikament IC50< 10-9m).="" disse="" giftstoffene="" har="" tilsvarende="" adc-medisiner="" som="" skal="" utforskes="" og="" utvikles="" i="" det="" kliniske="" stadiet.="" mange="" selskaper="" utvikler="" også="" sine="" egne="" nyttelaster,="" som="" nerviano="" medical="" sciences,="" mersanatherapeutics="" og="" andre="">

1.4 Valg av linker

Selv om det er viktig å velge spesifikke antistoffer og nyttelast i henhold til typen tumorceller, når det gjelder farmakokinetikk, farmakologi og terapeutiske vinduer, er valg av passende lenker for å begrense antistoffer og nyttelast nøkkelen til vellykket ADC-konstruksjon. Den ideelle lenker Følgende betingelser må være oppfylt: (1) Linkeren må være stabil i blodsirkulasjonssystemet, og den kan raskt frigjøre aktive nyttelast når den er lokalisert i eller i nærheten av tumorcellene. Ustabiliteten til linkeren vil føre til en for tidlig frigjøring av nyttelast, noe som vil føre til normalt vev. Celleskader. Det er også en klinisk studie som viser at ADC-stabiliteten til fløyelalkaloider er omvendt relatert til bivirkninger. For kombinasjonen av antistoff, tumorvev og nyttelast er det derfor veldig viktig å bestemme linkeren med best stabilitet. (2) Når ADC er blitt internalisert i målvulstvevet, må linkeren ha evnen til å bli raskt spaltet og frigjøre giftige molekyler. (3) Hydrofobisitet er også en viktig funksjon som blir vurdert av linker. Hydrofobe bindingsgrupper og hydrofobe nyttelaster fremmer vanligvis aggregeringen av ADC små molekyler, og forårsaker således immunogenisitet.

Linkere er foreløpig delt inn i to kategorier: den ene er spaltbare lenker (syre-labil lenker, proteasespaltbare linkere, disulfid linkere), hovedtypen av ADC medisiner; den andre er ikke-spaltbare lenker, og forskjellen er om den vil være i Det er degradert inne i cellen.

Den spaltbare linkeren er designet for å dra nytte av forskjellene i miljøet i blodsystemet og tumorceller. For eksempel er syrefølsomme lenker vanligvis veldig stabile i blodet, men er ustabile i lysosomer med lav pH og brytes raskt ned, og frigjør fritt aktivt giftig molekyl (Mylotarg (gemtuzumab ozogamicin)). På samme måte er proteasespaltbare linkere som er følsomme for proteaser stabile i blodet, men i lysosomer som er rike på proteaser (gjenkjenner deres spesifikke proteinsekvenser), spaltes de raskt for å frigjøre aktive toksiske molekyler, akkurat som Val-Cit. Koblingen hydrolyseres raskt ved intracellulær cathepsins (Adcetris (brentuximab vedotin)). Den utformede disulfid-tverrbundne linkeren benytter høyt nivå av ekspresjon av intracellulært redusert glutation, og den reduserte disulfidbindingen frigjør giftige molekyler (IMGN-901 (anti-CD56-maytansine)) i cellen.

Den ikke-spaltbare linkeren er sammensatt av stabile bindinger som er motstandsdyktige mot nedbrytning av protease og er veldig stabile i blodet. Den er avhengig av at ADC-antistoffkomponenter blir fullstendig nedbrutt av cytoplasma og lysosomale proteaser, og slipper til slutt en nyttelast knyttet til aminosyrerester som er avledet fra det nedbrytede antistoffet for å drepe kreftceller (f.eks. Ado-trastuzumab emtansin, T-DM1 eller Kadcyla). Samtidig kan ikke ADC-medisiner som ikke spalter linkeren frigjøres ekstracellulært, og kan ikke drepe kreftceller i nærheten av" bystander effect" ;.

Valget av linkertype er selvfølgelig nært knyttet til målvalg. Blant ADC-medisinene med spaltbar linker er målene B-celleantigener (CD19, CD20, CD21, CD22, CD79B, CD180), som har vist seg å være meget effektive in vivo. I motsetning til dette, i ADC-medisiner med uklarbare linkere, inkluderer mål som ble bekreftet å være endocytosert in vivo og raskt transportert til lysosomer CD22 og CD79b.

Det er det endelige målet for Linker å sikre spesifikk frigjøring av gratis medisiner i tumorceller, og kontrollen av medikamenteltoksisitet er også veldig viktig. Til slutt er det nødvendig med analyse fra tilfelle til tilfelle for å bestemme hvordan man skal velge riktig linker, mål og giftmolekyl for å balansere effektiviteten og toksisiteten til ADC-medisiner.

2. Historien om ADC-medikamentutvikling ser endringene i de fire grunnleggende elementene

Utviklingen av onkologemedisiner kan spores tilbake til midten av det tjuende århundre. Det ble oppdaget at nitrogen sennep ødelegger individuelt benmarg og lymfoide vev ved å målrette raskt delte kreftceller. Slike medikamenter inkluderer folsyre og purinanaloger (metotreksat og 6-merkaptururin), mikrotubuluspolymerisasjonshemmere / promotorer (vinca-alkaloider og taxaner) og DNA-ødeleggere (antracykliner og nitrogen) sennep) [2]. Siden medisiner mot tidlig kreftbehandling ikke bare målrettet mot kreftceller, men også hadde en drepende effekt på alle delende celler i kroppen, noe som førte til alvorlige bivirkninger hos pasienter, begrenset dette doseringen av medikamentet og den terapeutiske indeksen til legemidlet (maksimalt tolererte dose / minimum effektiv dose) er veldig lav, behandlingsvinduet er smalt. ADC-medisiner kan muliggjøre selektiv levering av giftige forbindelser til spesifikke kreftceller.

2.1 Første generasjons ADC medisiner

Blant førstegenerasjons ADC-medikamenter, passerer antitumormedisiner som mitomycin C, idarubicin, antracykliner, N-acetylmelphalan, doxorubicin, vinca-alkaloider og metotreksat hovedsakelig gjennom ikke-spaltbart Linker (amid eller succinimid) er koblet til monoklonalt mus antistoff.

I 2000 godkjente det amerikanske FDA det første antistoffkonjugerte medikamentet Gemtuzumab Ozogamicin (handelsnavn Mylotarg, Wyeth, et datterselskap av Pfizer). Målet var CD33. Gemtuzumab Ozogamicin består av tre deler: 1) Rekombinant humanisert IgG4 kappa monoklonalt antistoff Gemtuzumab; 2) Cytotoksisk N-acetylgammakalicheamicin; 3) Syre-spaltende type bestående av 4- (4-acetylfenoksy) -butansyre (AcBut) og 3-metyl-3-merkaptobutanhydrazid (dimetylhydrazid) funksjonell linker-molekyl. Linker-molekylet kobler kovalent calicheamicin til det monoklonale antistoffet, og medikament-antistoff-forholdet gjennomsnitt er 2 til 3. Etter å ha blitt endocytosert av målceller frigjør legemidlet calicheamicin ved hydrolyse av linker, induserer dobbeltstrenget DNA-brudd, noe som resulterer i cellesyklusstopp og apoptose. Dette legemidlet brukes til å behandle CD33-positiv akutt myeloide leukemi.

Senere ble det funnet at Gemtuzumab Ozogamicin ikke har noen signifikante kliniske fordeler sammenlignet med andre legemidler mot kreft, og har alvorlig levertoksisitet. I 2010, 10 år etter noteringen av Gemtuzumab Ozogamicin, tok det initiativet til å trekke seg ut av markedet. Potensielle behandlingsmangler ved Gemtuzumab Ozogamicin inkluderer ustabilitet av linkeren, og frigjør 50% av det kjemiske stoffet i løpet av 48 timer; calicheamicin i stoffet er sterkt hydrofobt, bindingshastigheten med monoklonalt antistoff er 50%, toksisiteten er høy, CMC Dårlig. I tillegg er det studier som viser at monoklonalt antistoff Gemtuzumab kan tømmes fra celler ved strømningspumper (MDR1 og MRP1), og har ingen signifikant klinisk effekt sammenlignet med andre kreftmedisiner.

2.2 Andre generasjons ADC medisiner

Etter nesten 10 år med rask utvikling av monoklonale antistoffmedisiner, og mer effektive småmolekylemedisiner mot kreft er blitt oppdaget (100-1000 ganger). Andre generasjons ADC medisiner har bedre CMC egenskaper enn den første generasjonen ADC medisiner. Representanter for andregenerasjons medisiner inkluderer Brentuximab vedotin, Ado-trastuzumab emtansine, Inotuzumab Ozogamicin.

Andre generasjons medisiner har imidlertid et smalt terapeutisk vindu. Hovedårsaken er at de har lav toksisitet utenfor målet og konkurrerer med ikke-bindende medikamentantistoffer mot små molekyler for tumormål. Den andre generasjonen har forskjellige medikamentantistoffforhold (DAR) 0-8. Vanligvis overstiger DAR 4, det vil vise lav toleranse, høy plasmaclearance og lav effekt in vivo [3]. For eksempel er Brentuximab vedotin 4, Ado-trastuzumab emtansine er 3,5, og Inotuzumab Ozogamicin er 6.

1) Adcetris

Brentuximab vedotin (handelsnavn Adcetris) ble i fellesskap utviklet av Seattle Genetics og Millennium (et datterselskap av Takeda Pharmaceuticals), og ble godkjent av det amerikanske FDA i august 2011. Målet er CD30, som består av tre deler: 1) CD30 rettet mot chimerisme Type IgG1 kappa monoklonalt antistoff Brentuximab; 2) mikrotubuleinhibitor MMAE (monometyl auristatin E); 3) linkemolekyl av proteasespaltningstype maleimidocaproyl-valyl-citrullinyl-p-aminobenzyloxycarbonyl (mc-val-cit-PABC). Linker kobler kovalent MMAE til monoklonale antistoffer gjennom cysteinrester, og forholdet mellom stoff og antistoff DAR er gjennomsnitt 3 til 5. Etter at Brentuximab vedotin er internalisert av målcellen, kan MMAE spaltet ved protease binde seg til tubulin og ødelegge cellen' s mikrotubulenettverk, noe som fører til cellesyklusstopp og apoptose. Indikasjonene er Hodgkin' s lymfom, systemisk anaplastisk storcellelymfom, mantelcellelymfom og mykosefungoider.

2) Kadcyla

Ado-trastuzumab emtansine (handelsnavn Kadcyla) ble utviklet av Genentech (et datterselskap av Roche), og ble godkjent av det amerikanske FDA i februar 2013. Målet er HER2, som består av tre deler: 1) Trastuzumab rettet mot HER2 Anti; 2) Stabil tioeterlinker MCC (4- [N-maleimidometyl] cykloheksan-1-karboksylat); 3) Mikrotubuleinhibitor DM1 av typen maytansinderivat. MCC-DM1-komplekset kalles emtansine. Det gjennomsnittlige medikamentantistoffforholdet DAR er 3,5. Ado-trastuzumab emtansine induserer cellesyklusstopp og apoptose ved å hemme HER2-signalveien og ødelegge mikrotubulenettverket. Indikasjonen er metastatisk brystkreft som er HER2-positiv og har fått minst trastuzumab og taxan alene eller i kombinasjon.

3) Besponsa

Inotuzumab Ozogamicin (handelsnavn Besponsa) ble i fellesskap utviklet av Pfizer og USB. Det ble godkjent av European Medicines Agency (EMA) i juni 2017 og ble godkjent av US FDA i august 2017. Målet er CD22, som består av tre deler Sammensetning: 1) Rekombinant humanisert IgG4 kappa monoklonalt antistoff Inotuzumab; 2) N-acetyl-gamma-calicheamicin som kan forårsake intracellulært dobbeltstrenget DNA-brudd; 3) Syre ustabilt spaltbart bindemolekyl, som er et kondensat dannet av 4- (4-acetylfenoksy) -butansyre (AcBut) og 3-metyl-3-merkaptobutanhydrazid (også kjent som dimetylhydrazid). Linkermolekylet kobler belastningen av N-acetyl-y-calicheamicin til det monoklonale antistoffet. Gjennomsnittlig nyttelast for hvert monoklonalt antistoff er 6 og distribusjonsområdet er 2 til 8. Når Inotuzumab Ozogamicin binder seg til CD22-antigenet på B-celler, blir det internalisert i cellene, og det cytotoksiske middelet frigjøres for å ødelegge cellene. Indikasjonen er monoterapi for behandling av voksen tilbakefall eller refraktær CD22-positiv B-celle forløper akutt lymfoblastisk leukemi (ALL), egnet for pasienter som har fått minst en tyrosinkinaseinhibitor (TKI) behandlingssvikt Voksne pasienter med tilbakefall eller ildfast B -cell forløper akutt lymfoblastisk leukemi (ALL) som er Philadelphia kromosom-positiv (Ph +).

2.3 Tredje generasjons ADC-medisiner

Nøkkelen til tredjegenerasjons medisiner er stedsspesifikk binding, som kan sikre antistoff-konjugerte medikamenter med tydelig DAR. I tillegg kan antistoffoptimalisering, linkere og små molekylemedisiner forbedre den terapeutiske effekten av ADC-medisiner betydelig. Representative medisiner er Polatuzumab vedotin, Enfortumab vedotin, Fam-trastuzumab deruxtecan. Gjennom den spesifikke bindingen av små molekylmedisiner til monoklonale antistoffer, har utviklingen av antistoff-konjugerte medikamenter med DAR-verdi på 2 eller 4 ikke økt medikament toksisitet og ubundne monoklonale antistoffer, betydelig forbedret legemiddelstabilitet og farmakokinetikk Legemiddelaktivitet og bindingsaktivitet til celler med lavere antigennivå.

1) Polivy

Polatuzumab vedotin (handelsnavn, Polivy) ble godkjent av det amerikanske FDA i juni 2019. Det ble opprinnelig utviklet i fellesskap av Genentech (et datterselskap av Roche) og Seattle Genetics. Senere fikk Sinochem Pharmaceuticals (Roche Holdings) medikamentell forskning og utviklingstillatelse. Målet er CD79b, som består av tre deler: 1) rekombinant humanisert IgG1 kapppa monoklonalt antistoff Polatuzumab rettet mot CD79b; 2) spaltbar mc-val-cit-PABC (maleimidocaproyl-valyl-citrullinyl-paminobenzyloxycarbonyl) linker; 3) Liten molekylmedisin MMAE (monometyl auristatin E). Antistoffet og MMAE ble kovalent koblet til cystein via Linker. Gjennomsnittlig DAR var 3 ~ 4. Den ble godkjent for bruk i kombinasjon med bendamustin og rituximab for behandling av ildfast diffus. Voksen pasient med B-celle lymfom.

2) Padcev

Enfortumab vedotin (handelsnavn, Padcev) ble i fellesskap utviklet av Agensys (et datterselskap av Astellas) og Seattle Genetics, og ble godkjent av det amerikanske FDA i desember 2019 for notering. Målet er NECTIN4, Enfortumab vedotin er sammensatt av tre deler: 1) Rekombinant fullt humant IgG1 kappa monoklonalt antistoff enfortumab; 2) Det spaltbare mc-val-cit-PABC Linker-molekylet, nemlig maleimidocaproyl-valyl-citrullinyl-p-aminobenzyloxycarbonyl-type; 3) Liten molekylmedisin MMAE, monometyl auristatin E. MMAE er koblet til cystein av monoklonalt antistoff gjennom Linker, og gjennomsnittsforholdet mellom medikament og monoklonalt antistoff DAR er 3,8: 1. Det er godkjent for voksne pasienter som tidligere har fått PD- 1 eller PD-L1-hemmere og platinaholdig cellegift for lokalt avansert eller metastaserende uroteliumkarsinom.

3) Enhertu

Fam-trastuzumab deruxtecan (handelsnavn, Enhertu) ble godkjent av det amerikanske FDA i desember 2019 og ble utviklet av Daiichi Sankyo. Fam-trastuzumab deruxtecan er et antistoff-konjugert medikament rettet mot HER2 og består av tre deler: 1) rekombinant humanisert IgG1 kappa type anti-HER2 monoklonalt antistoff trastuzumab; 2) Cathepsin B spaltbart tetrapeptid GGFG molekyl Type Linker; 3) Camptothecinderivater med nyttelast av topoisomerase I-hemming. Nyttelasten er koblet til cystein av det monoklonale antistoffet gjennom linkeren, med en gjennomsnittlig DAR-verdi på 8. Godkjent for behandling av voksne pasienter med ubehandlingsbar eller metastatisk HER2-positiv brystkreft som tidligere har fått minst to anti-HER2-terapier .