Fire nøgleelementer og udviklingstendenser for ADC-lægemiddeludvikling

ADCs (antistof-lægemiddelkonjugater) -teknologi er at forbinde monoklonale antistoffer og lægemiddelmolekyler sammen gennem linker, bruge den specifikke målretning af antistoffer til at transportere lægemiddelmolekyler til målvæv, reducere de systemiske toksiske bivirkninger af lægemidler, forbedre medicinbehandlingsvinduet Udvid potentialet af antistofterapi [1]. Efter at ADC, der cirkulerer i blodet, binder til målantigenet, internaliseres det ved clathrin-medieret endocytose. Det internaliserede kompleks går derefter ind i endosom-lysosomvejen og transporteres i de fleste tilfælde først til de tidlige endosomer og derefter til lysosomerne. Det sure miljø og proteolytiske enzymer forårsager nedbrydning af lysosomer, der indeholder ADC'er, og frigør derved cytotoksiske lægemidler i cytoplasmaet. Det frigivne cytotoksiske medikament strømmer derefter ud i cytoplasmaet og inducerer apoptose gennem DNA-indsættelse eller inhibering af mikrotubulesyntese. Derfor er det korrekte mål, antistof, linker og cytotoksisk nyttelast blevet de fire nøglefaktorer, der påvirker ADC-lægemidler.

1. De centrale fire elementer i ADC-lægemidler

1.1 Valg af det rigtige mål

Den vellykkede udvikling af ADC afhænger af den specifikke binding af antistoffer til målantigenet. Det ideelle ADC-mål er høj ekspression på overfladen af ​​tumorceller, lav ekspression eller ingen ekspression i normale væv eller i det mindste begrænset til specifikke væv, såsom CD138, 5T4, mesothelin, leukæmi og CD37. Mål, der udtrykkes i normalt væv, indtager ADC-lægemidler, hvilket ikke kun fører til GG-quot; off-target GG-quot; toksiske effekter, men reducerer også ADC-dosis beriget i kræftvæv og reducerer ADC-medicinbehandlingsvinduet.

Effektiv ADC-aktivitet er relateret til antallet af antigener på celleoverfladen. Undersøgelser har vist, at der for at opnå effektiv ADC-aktivitet kræves mindst 104 antigener på celleoverfladen for at sikre, at en dødelig dosis af cytotoksiske lægemidler leveres ind i cellen. På grund af det begrænsede antal antigener på overfladen af ​​tumorceller (det gennemsnitlige antal antigener pr. Celleoverflade er ca. 5.000 til 106), og de fleste kliniske trin ADC-lægemidler har en gennemsnitlig DAR på 3,5 til 4, så ADC-lægemidler leveres til tumorceller. Meget lille. Dette betragtes også som en af ​​hovedårsagerne til den kliniske svigt af ADC kombineret med konventionelle cytotoksiske lægemidler, såsom methotrexat, paclitaxel og anthracyclinantibiotika.

Ud over specificitet og tilstrækkelig ekspression bør det optimale målantigen også forårsage effektiv ADC-internalisering. Bindingen af ​​antistoffet til overfladeantigenet i målcellen kan udløse internaliseringsvejen af ​​antistof-antigen-komplekset ind i cellen, hvorved opnås intracellulær levering af lægemidlet.

På nuværende tidspunkt er leukocytoverfladedifferentieringsantigenet det første vidt anvendte ADC-mål. I øjeblikket har de 20 ADC-lægemidler i klinisk udviklingstrin 10 mål (CD33, CD30, CD79b, CD22, CD19, CD56, CD138, CD74) på ​​overfladen af ​​leukocytantigen. Mange ADC-lægemidler målretter leukocytoverfladeantigener i vid udstrækning, fordi disse antigener udtrykkes meget i tumorvæv, ikke udtrykt i normale hæmatopoietiske væv eller udtrykkes i ekstremt lave niveauer.

Derudover har nogle faste tumoroverfladeceptormolekyler gradvist vist sig at være egnede kliniske ADC-mål, såsom PSMA mod prostatacancer, epidermal vækstfaktorreceptor EGFR og ovariecancervæv nektin 4 og andre ADC-lægemidler er kommet ind i klinisk fase II. Kadcyla godkendt af FDA i 2013 med et mål på HER2. I 2019 er Padcev godkendt af FDA med et mål på NECTIN4 det andet ADC-lægemiddelmål, der er godkendt til behandling af faste tumorer.

1.2 Valg af antistoffer

Antistofmolekylers høje specificitet er det grundlæggende krav for at opnå effektiviteten af ​​ADC-lægemidler for at koncentrere det cytotoksiske middel på tumorstedet. At stole på specifikke antistoffer med høj affinitet, ud over at undgå toksicitet over for raske celler, kan antistoffer, der mangler tumorspecificitet, elimineres af kredsløbssystemet, hvilket forårsager ADC-lægemidler til" udtømmes" før man når tumorvæv. Af denne grund er cytotoksiske lægemidler sædvanligvis bundet til Fc-delen eller det konstante område af mAb for at forhindre detektion og binding af antigenet.

Da disse 150 kDa-antistofmolekyler ikke kun indeholder flere naturlige steder til konjugering, men også kan modificeres til andre reaktionssteder, er alle ADC-antistoffer i øjeblikket IgG-molekyler. Fordelen ved IgG-molekylet er dets høje affinitet for målantigenet og en længere halveringstid i blodet, hvilket fører til en øget akkumulering på tumorstedet. Sammenlignet med andre IgG-molekyler har IgG1 og IgG3 meget stærkere antistofafhængig cytotoksicitet (ADCC) og komplementafhængig cytotoksicitet (CDC), men fordi IgG3 har en kortere halveringstid, er det ikke et ideelt valg for ADC-lægemidler. I sammenligning med IgG2 og IgG4 er hængslet dannet af IgG1 i cellen let at reducere, så det er vanskeligt at fremstille ADC-lægemidler baseret på cysteinproduktion. Fordi IgG1 har relativt stærk ADCC og CDC, lang halveringstid og let produktion, konstrueres de fleste ADC-lægemidler i øjeblikket ved hjælp af IgG1-stilladser [3].

Immunogeniciteten af ​​ADC er en af ​​de vigtigste determinanter for cirkulerende halveringstid. Tidlige ADC'er brugte monoklonale antistoffer fra mus til at forårsage en stærk, akut immunrespons (HAMA) i den menneskelige krop. I øjeblikket bruger de fleste ADC'er humaniserede antistoffer eller fuldt humaniserede antistoffer.

Generelt bør det ideelle mAb til ADC-arkitektur være et humaniseret eller fuldt humaniseret IgG1-molekyle, der selektivt kan binde til tumorceller uden krydsreaktion med raske celler. Derudover kan ADC-internalisering være en vigtig faktor snarere end en absolut faktor for vellykket behandling.

1.3 Valg af toksinmolekyle (nyttelast)

Toksinmolekyler er en nøglefaktor for succes med ADC-lægemiddeludvikling. Kun en lille del af antistoffet, der indsprøjtes i kroppen, akkumuleres i faste tumorvæv, så den første er at have subnanomolære toksiske molekyler (IC50-værdi på 0,01-0,1 nM). Passende nyttelast. Derudover skal toksiske molekyler have egnede funktionelle grupper, der kan kobles, have stærk cytotoksicitet, er hydrofobe og er meget stabile under fysiologiske forhold.

De toksiske molekyler, der i øjeblikket er brugt til ADC-lægemiddeludvikling, kan opdeles i to kategorier: mikrotubuleinhibitorer og DNA-beskadigende midler og andre små molekyler, såsom a-amanitin (selektive RNA-polymerase II-hæmmere), undersøges også [12]. Førstnævnte er repræsenteret ved MMAE og MMAF (frit lægemiddel IC50: 10-11-10-9M) af Seattles Genetics og DM1 og DM4 (frit lægemiddel IC50: 10-11-10-9M) udviklet af ImmunoGen 's. Det sidstnævnte er repræsenteret af Calichemicin, duocarmycins og Spirogens PBD (frit lægemiddel IC50< 10-9m).="" disse="" toksiner="" har="" tilsvarende="" adc-lægemidler,="" der="" skal="" undersøges="" og="" udvikles="" i="" det="" kliniske="" trin.="" mange="" virksomheder="" udvikler="" også="" deres="" egne="" nyttelast,="" såsom="" nerviano="" medical="" sciences,="" mersanatherapeutics="" og="" andre="">

1.4 Valg af linker

Selvom det er vigtigt at vælge specifikke antistoffer og nyttelast i henhold til typen af ​​tumorceller, hvad angår farmakokinetik, farmakologi og terapeutiske vinduer, er udvælgelsen af ​​passende linkere til at begrænse antistoffer og nyttelast nøglen til en vellykket ADC-konstruktion. Den ideelle linker Følgende betingelser skal være opfyldt: (1) Linkeren skal være stabil i blodcirkulationssystemet, og den kan hurtigt frigive aktive nyttelast, når den er placeret i eller i nærheden af ​​tumorcellerne. Ustabiliteten af ​​linkeren vil føre til den for tidlige frigørelse af nyttelast, hvilket resulterer i normalt væv. Cellebeskadigelse. Der er også en klinisk undersøgelse, der viser, at ADC-stabiliteten af ​​fløjlsalkaloider er omvendt relateret til bivirkninger. Derfor er det for kombinationen af ​​antistof, tumorvæv og nyttelast meget vigtigt at bestemme linkeren med den bedste stabilitet. (2) Når ADC først er internaliseret i måltumorvævet, skal linkeren have evnen til hurtigt at blive spaltet og frigive toksiske molekyler. (3) Hydrofobicitet er også en vigtig funktion, som linkeren overvejer. Hydrofobe forbindelsesgrupper og hydrofobe nyttelast fremmer normalt aggregeringen af ​​ADC små molekyler, hvilket forårsager immunogenicitet.

Linkere er i øjeblikket opdelt i to kategorier: den ene er spaltelige linkere (syrelabile linkere, proteasespaltelige linkere, disulfidlinkere), den vigtigste type ADC-lægemidler; den anden er ikke-spaltelige linkere, og forskellen er, om det vil være i Det nedbrydes inde i cellen.

Den spaltelige linker er designet til at drage fordel af forskellene i miljøet i blodsystemet og tumorceller. For eksempel er syrefølsomme linkere sædvanligvis meget stabile i blodet, men er ustabile i lysosomer med lav pH og nedbrydes hurtigt, hvilket frigiver frit aktivt toksisk molekyle (Mylotarg (gemtuzumab ozogamicin)). Tilsvarende er proteasespaltelige linkere, der er følsomme over for proteaser, stabile i blodet, men i lysosomer, der er rige på proteaser (genkender deres specifikke proteinsekvenser), spaltes de hurtigt for at frigive aktive toksiske molekyler, ligesom Val-Cit. Koblingen hydrolyseres hurtigt ved intracellulær cathepsins (Adcetris (brentuximab vedotin)). Den designede tværbundne disulfidlinker anvender ekspression på højt niveau af intracellulært reduceret glutathion, og den reducerede disulfidbinding frigiver toksiske molekyler (IMGN-901 (anti-CD56-maytansin)) i cellen.

Den ikke-spaltelige linker er sammensat af stabile bindinger, der er resistente mod protease-nedbrydning og er meget stabile i blodet. Det er afhængig af, at ADC-antistofkomponenter bliver fuldstændigt nedbrudt af cytoplasma og lysosomale proteaser og frigiver endelig en nyttelast knyttet til aminosyrerester, der stammer fra det nedbrudte antistof for at dræbe kræftceller (f.eks. Ado-trastuzumab-emtansin, T-DM1 eller Kadcyla). På samme tid kan ADC-medikamenter, der ikke kan spalte linkeren, ikke frigøres ekstracellulært og kan ikke dræbe kræftceller i nærheden af ​​GG quot;

Valget af linkertype er naturligvis tæt relateret til målvalg. Blandt ADC-lægemidler med spaltelig linker er målene B-celleantigener (CD19, CD20, CD21, CD22, CD79B, CD180), som har vist sig at være meget effektive in vivo. I modsætning hertil inkluderer mål, der blev bekræftet at være endocytoseret in vivo og transporteret hurtigt til lysosomer, AD22-lægemidler med uklarbare linkere CD22 og CD79b.

Det er det ultimative mål for Linker at sikre den specifikke frigivelse af gratis medikamenter i tumorceller, og kontrollen af ​​medikament toksicitet er også meget vigtig. I sidste ende er der behov for analyse fra sag til sag for at beslutte, hvordan man optimalt vælger det passende linker-, mål- og giftmolekyle for at afbalancere effektiviteten og toksiciteten af ​​ADC-lægemidler.

2. Historien om ADC-lægemiddeludvikling ser ændringerne i de fire grundlæggende elementer

Udviklingen af ​​onkologemediciner kan spores tilbage til midten af ​​det tyvende århundrede. Det blev opdaget, at nitrogen sennep ødelægger individuelle knoglemarv og lymfoide væv ved at målrette hurtigt opdelte kræftceller. Sådanne lægemidler inkluderer folsyre og purinanaloger (methotrexat og 6-mercapturfurin), mikrotubuluspolymerisationsinhibitorer / -promotorer (vinca-alkaloider og taxaner) og DNA-destruktører (anthracycliner og nitrogen) sennep) [2]. Da medicin mod tidlig kræftbehandling ikke kun målrettede kræftceller, men også havde en dræbende virkning på alle opdelende celler i kroppen, hvilket førte til alvorlige bivirkninger hos patienter, begrænsede dette doseringen af ​​lægemidlet og lægemidlets terapeutiske indeks i høj grad (maksimalt tolereret) dosis / minimum effektiv dosis) er meget lav, behandlingsvinduet er smalt. ADC-lægemidler kan muliggøre selektiv levering af toksiske forbindelser til specifikke kræftceller.

2.1 Første generation af ADC-lægemidler

Blandt den første generation af ADC-medikamenter passerer antitumormedisiner, såsom mitomycin C, idarubicin, anthracycliner, N-acetylmelphalan, doxorubicin, vinca-alkaloider og methotrexat hovedsagelig gennem ikke-spalteligt Linker (amid eller succinimid) kobles til monoklonalt mus antistof.

I 2000 godkendte den amerikanske FDA det første antistof-konjugerede lægemiddel Gemtuzumab Ozogamicin (handelsnavn Mylotarg, Wyeth, et datterselskab af Pfizer). Målet var CD33. Gemtuzumab Ozogamicin består af tre dele: 1) Rekombinant humaniseret IgG4 kappa monoklonalt antistof Gemtuzumab; 2) Cytotoksisk N-acetylgammacalicheamicin; 3) Syre-spaltende type bestående af 4- (4-acetylphenoxy) -butansyre (AcBut) og 3-methyl-3-mercaptobutanhydrazid (dimethylhydrazid) Funktionelt linkermolekyle. Linker-molekylet binder covalent calicheamicin til det monoklonale antistof, og lægemiddel-antistof-forholdet gennemsnit 2 til 3. Efter endocytose af målceller frigiver lægemidlet calicheamicin ved hydrolysering af linker, hvilket inducerer dobbeltstrenget DNA-brud, hvilket resulterer i cellecyklusstop og apoptose. Denne medicin bruges til behandling af CD33-positiv akut myeloide leukæmi.

Senere blev det konstateret, at Gemtuzumab Ozogamicin ikke har nogen markante kliniske fordele sammenlignet med andre kræftformer mod kræft og har alvorlig levertoksicitet. I 2010, 10 år efter noteringen af ​​Gemtuzumab Ozogamicin, tog det initiativet til at trække sig ud af markedet. Potentielle behandlingsmangler ved Gemtuzumab Ozogamicin inkluderer ustabilitet af linkeren, hvilket frigiver 50% af det kemiske stof på ca. 48 timer; calicheamicin i lægemidlet er meget hydrofobt, bindingshastigheden med monoklonalt antistof er 50%, toksiciteten er høj, CMC Ringe. Derudover er der undersøgelser, der viser, at monoklonalt antistof Gemtuzumab kan ryddes fra celler ved hjælp af strømningspumper (MDR1 og MRP1) og ikke har nogen signifikant klinisk effekt sammenlignet med andre anticancerlægemidler.

2.2 Anden generation ADC-lægemidler

Efter næsten 10 år med hurtig udvikling af monoklonale antistoflægemidler og mere effektive små kræftsygdomme mod kræft er der blevet opdaget (100-1000 gange). Anden-generationens ADC-lægemidler har bedre CMC-egenskaber end den første generation ADC-lægemidler. Repræsentanter for anden generation af medikamenter inkluderer Brentuximab vedotin, Ado-trastuzumab emtansine, Inotuzumab Ozogamicin.

Anden generations lægemidler har imidlertid et smalt terapeutisk vindue. Hovedårsagen er, at de har lav toksicitet uden for målet og konkurrerer med ikke-bindende lægemiddelantistoffer mod tumormål. Den anden generation har forskellige lægemiddelantistofforhold (DAR) 0-8. Normalt overstiger DAR 4, det viser lav tolerance, høj plasmaclearance-effektivitet og lav effektivitet 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) blev i fællesskab udviklet af Seattle Genetics og Millennium (et datterselskab af Takeda Pharmaceuticals) og blev godkendt af US FDA i august 2011. Målet er CD30, der består af tre dele: 1) CD30, der er målrettet mod chimerisme Type IgG1 kappa monoklonalt antistof Brentuximab; 2) mikrotubuleinhibitor MMAE (monomethyl auristatin E); 3) linkemolekyle af proteasespaltningstype maleimidocaproyl-valyl-citrullinyl-p-aminobenzyloxycarbonyl (mc-val-cit-PABC). Linker kobler kovalent MMAE til monoklonale antistoffer gennem cysteinrester, og forholdet mellem lægemiddel og antistof DAR gennemsnit 3 til 5. Efter at Brentuximab vedotin er internaliseret af målcellen, kan MMAE spaltet ved protease binde til tubulin og ødelægge cellen' s mikrotubulet netværk, der fører til cellecyklusstop og apoptose. Indikationerne er Hodgkin' s lymfom, systemisk anaplastisk storcelle-lymfom, mantelcellelymfom og mycosis-fungoider.

2) Kadcyla

Ado-trastuzumab emtansine (handelsnavn Kadcyla) blev udviklet af Genentech (et datterselskab af Roche) og blev godkendt af det amerikanske FDA i februar 2013. Målet er HER2, der består af tre dele: 1) Trastuzumab, der er målrettet mod HER2 Anti; 2) Stabil thioetherlinker MCC (4- [N-maleimidomethyl] cyclohexan-1-carboxylat); 3) Mikrotubuliinhibitor DM1 af maytansinderivatetypen. MCC-DM1-komplekset kaldes emtansin. Det gennemsnitlige lægemiddelantistofforhold DAR er 3,5. Ado-trastuzumab emtansin inducerer cellecyklusstop og apoptose ved at hæmme HER2-signalvejen og ødelægge mikrotubulens netværk. Indikationen er metastatisk brystkræft, der er HER2-positiv og har modtaget mindst trastuzumab og taxan alene eller i kombination.

3) Besponsa

Inotuzumab Ozogamicin (handelsnavn Besponsa) blev udviklet i fællesskab af Pfizer og USB. Det blev godkendt af Det Europæiske Lægemiddelagentur (EMA) i juni 2017 og blev godkendt af det amerikanske FDA i august 2017. Målet er CD22, der består af tre dele Sammensætning: 1) Rekombinant humaniseret IgG4 kappa monoklonalt antistof Inotuzumab; 2) N-acetyl-gamma-calicheamicin, der kan forårsage intracellulært dobbeltstrenget DNA-brud; 3) Syre ustabilt spalteligt linkermolekyle, som er et kondensat dannet af 4- (4-acetylphenoxy) -butansyre (AcBut) og 3-methyl-3-mercaptobutanehydrazid (også kendt som dimethylhydrazid). Linkermolekylet kobler belastningen af ​​N-acetyl-y-calicheamicin til det monoklonale antistof. Den gennemsnitlige nyttelast for hvert monoklonalt antistof er 6 og fordelingsområdet er 2 til 8. Når Inotuzumab Ozogamicin binder til CD22-antigenet på B-celler, internaliseres det i cellerne, og det cytotoksiske middel frigøres for at ødelægge cellerne. Indikationen er monoterapi til behandling af voksen tilbagefaldt eller refraktær CD22-positiv B-celle forløber akut lymfoblastisk leukæmi (ALL), velegnet til patienter, der har modtaget mindst en tyrosinkinaseinhibitor (TKI) -behandlingssvigt Voksne patienter med tilbagefaldende eller ildfast B -cell forløber akut lymfoblastisk leukæmi (ALLE), som er Philadelphia-kromosom-positiv (Ph +).

2.3 Tredje generations ADC-lægemidler

Nøglen til tredjegenerationsmedicin er stedspecifik binding, som kan sikre antistof-konjugerede medikamenter med klar DAR. Derudover kan antistofoptimering, linkere og små molekyle-lægemidler markant forbedre den terapeutiske virkning af ADC-lægemidler. Repræsentative lægemidler er Polatuzumab vedotin, Enfortumab vedotin, Fam-trastuzumab deruxtecan. Gennem den specifikke binding af små molekyle-lægemidler til monoklonale antistoffer har udviklingen af ​​antistof-konjugerede medikamenter med DAR-værdi på 2 eller 4 ikke forøget lægemiddeltoksicitet og ubundne monoklonale antistoffer, signifikant forbedret lægemiddelstabilitet og farmakokinetik Lægemiddelaktivitet og bindingsaktivitet til celler med lavere antigenniveauer.

1) Polivy

Polatuzumab vedotin (handelsnavn, Polivy) blev godkendt af US FDA i juni 2019. Det blev oprindeligt udviklet i fællesskab af Genentech (et datterselskab af Roche) og Seattle Genetics. Senere fik Sinochem Pharmaceuticals (Roche Holdings) tilladelse til lægemiddelforskning og -udvikling. Målet er CD79b, der består af tre dele: 1) rekombinant humaniseret IgG1 kapppa monoklonalt antistof Polatuzumab målrettet CD79b; 2) spaltelig mc-val-cit-PABC (maleimidocaproyl-valyl-citrullinyl-paminobenzyloxycarbonyl) linker; 3) Lille molekyle-lægemiddel MMAE (monomethyl auristatin E). Antistoffet og MMAE blev kovalent koblet til cystein via Linker. Den gennemsnitlige DAR var 3 ~ 4. Det blev godkendt til anvendelse i kombination med bendamustin og rituximab til behandling af ildfast diffus. Voksen patient med B-celle lymfom.

2) Padcev

Enfortumab vedotin (handelsnavn, Padcev) blev i fællesskab udviklet af Agensys (et datterselskab af Astellas) og Seattle Genetics og blev godkendt af US FDA i december 2019 til notering. Målet er NECTIN4, Enfortumab vedotin er sammensat af tre dele: 1) Rekombinant fuldt humant IgG1 kappa monoklonalt antistof enfortumab; 2) Det spaltelige mc-val-cit-PABC-linkermolekyle, nemlig maleimidocaproyl-valyl-citrullinyl-p-aminobenzyloxycarbonyl-type; 3) Lægemiddel med lille molekyle MMAE, monomethyl auristatin E. MMAE er koblet til cystein af monoklonalt antistof gennem Linker, og det gennemsnitlige forhold mellem lægemiddel og monoklonalt antistof DAR er 3,8: 1. Det er godkendt for voksne patienter, der tidligere har modtaget PD- 1 eller PD-L1-hæmmere og platinholdig kemoterapi til lokalt avanceret eller metastatisk urotelcancer.

3) Enhertu

Fam-trastuzumab deruxtecan (handelsnavn, Enhertu) blev godkendt af US FDA i december 2019 og blev udviklet af Daiichi Sankyo. Fam-trastuzumab deruxtecan er et antistof-konjugeret lægemiddel målrettet HER2 og består af tre dele: 1) rekombinant humaniseret IgG1 kappa type anti-HER2 monoklonalt antistof trastuzumab; 2) Cathepsin B-spalteligt tetrapeptid GGFG molekyle Type Linker; 3) Camptothecinderivater med en nyttelast af topoisomerase I-hæmning. Nyttelasten er koblet til cystein af det monoklonale antistof gennem linkeren med en gennemsnitlig DAR-værdi på 8. Godkendt til behandling af voksne patienter med ubeskæftig eller metastatisk HER2-positiv brystkræft, der tidligere har modtaget mindst to anti-HER2-behandlinger .