モノクローナル抗体を合理的に最適化することで、医薬品プロセスチェーン全体の凝集性を向上させ、CMC特性を向上させることができます

Rational optimization of a monoclonal antibody improves the aggregation propensity and enhances the CMC properties along the entire pharmaceutical process chain.

• Joschka Bauer
• Sven Mathias
• Sebastian Kube
• Kerstin Otte
• Patrick Garidel
• Martin Gamer
• Michaela Blech
• Simon Fischer
• Anne R Karow-Zwick

抄録

治療用モノクローナル抗体（mAbs）の発見は、主にその生物学的活性に焦点を当てており、その結果、非常に強力な薬剤候補を選択することができます。しかし、これらの候補物質は、低力価、コンフォメーションやコロイドの不安定性、または溶解性の悪さなど、好ましくない化学的、製造的、管理的（CMC）特性につながる物理的または化学的特性を有している可能性があり、それが開発や製造の妨げになったり、妨げになったりする可能性があります。したがって、リードの同定と最適化の際にmAb候補の開発性を考慮する必要性が急務となっています。本研究では、高度なツールを用いて最適化された mAb バリアントの開発性が、開発が困難な親化合物と比較して大幅に改善されたことを示す包括的な概念実証研究を行いました。興味深いことに、軽鎖の可変ドメインにおける単一のアミノ酸置換により、チャイニーズハムスター卵巣細胞で安定発現した後、生成物の力価が3倍に増加しました。顕微鏡で観察したところ、野生型mAb産生細胞は潜在的な抗体内包物を示し、最適化されたバリアント産生細胞は救済された表現型を示した。注目すべきことに、最適化されたバリアントの原薬は、下流のプロセス精製後、凝集体やフラグメントのレベルが大幅に低下していました。最後に、製剤化研究により、最適化されたバリアントのコロイド安定性が大幅に向上し、折り畳み安定性と効力が維持されていることが明らかになった。この研究は、バイオ医薬品のリード生成と最適化の初期段階でバイオインフォマティクスを導入することで、その後の開発活動での失敗を減らし、プロジェクトのタイムラインとリソースの削減をサポートすることを強調しています。

The discovery of therapeutic monoclonal antibodies (mAbs) primarily focuses on their biological activity favoring the selection of highly potent drug candidates. These candidates, however, may have physical or chemical attributes that lead to unfavorable chemistry, manufacturing, and control (CMC) properties, such as low product titers, conformational and colloidal instabilities, or poor solubility, which can hamper or even prevent development and manufacturing. Hence, there is an urgent need to consider the developability of mAb candidates during lead identification and optimization. This work provides a comprehensive proof of concept study for the significantly improved developability of a mAb variant that was optimized with the help of sophisticated tools relative to its difficult-to-develop parental counterpart. Interestingly, a single amino acid substitution in the variable domain of the light chain resulted in a three-fold increased product titer after stable expression in Chinese hamster ovary cells. Microscopic investigations revealed that wild type mAb-producing cells displayed potential antibody inclusions, while the optimized variant-producing cells showed a rescued phenotype. Notably, the drug substance of the optimized variant contained substantially reduced levels of aggregates and fragments after downstream process purification. Finally, formulation studies unraveled a significantly enhanced colloidal stability of the optimized variant while its folding stability and potency were maintained. This study emphasizes that implementation of bioinformatics early in lead generation and optimization of biotherapeutics reduces failures during subsequent development activities and supports the reduction of project timelines and resources.