Терапевтические антитела - Институт молекулярной и

Научная школа по молекулярной и клеточной биологии 2014 года
Терапевтические антитела
Гусельников С.В., к.б.н.,
лаборатория иммуногенетики ИМКБ СО РАН
Терапевтические антитела
ТА – Моноклональные антитела, использующиеся в иммунотерапии
человека. Используются для лечения различных болезней и патологий: онкология, аутоиммунные и воспалительные заболевания, инфекционные
заболевания, болезни
свертываемости
крови, отторжение
трансплантата и многое другое.
Для получения разрешения на использование должны быть проведены
клинические испытания. Большие затраты времени и финансов, защита
патентом. аг
S‐S мостик
V‐домены
Fa
b
‐ф
р
Паратоп
ме
нт
Структура антител
CDR
L‐цепь
Углевод
Fс‐фрагмент
H‐цепь
CDR – Complementarity Determining Region
Типы терапевтических антител
Мышь
Человек
Мышиные Химерные Гуманизированные Человека
“omab”
“ximab”
“zumab”
“umab”
Muromomab
Rituximab
Omalizumab
Adalimumab
Иммуногенность для человека
Антитела разрешенные для использования в медицине
Технология
Гибридом
Химеризация
антител
1975
Гуманизированны
е антитела
1984
1994
1997
2002
Фаговый дисплей
1993
1990
1986
2006
2008
2010
2012
2014
Антитела:
Трансгенные мыши с
генами Ig человека
Мышиные
Химерные
Гуманизированные
Человека
Другие форматы
37 одобрено, >250 в клинических испытаниях
Терапевтические антитела разрешенные к применению
International
non-proprietary Trade name
name
Type
Indication first First EU (US)
approved
approval year
MuromonabCD3
Anti-CD3;
Murine IgG2a
Reversal of
kidney
transplant
rejection
1986* (1986#)
Anti-GPIIb/IIIa;
Chimeric IgG1
Fab
Prevention of
blood clots in
angioplasty
1995* (1994)
MabThera,
Rituxan
Anti-CD20;
Chimeric IgG1
Non-Hodgkin's
lymphoma
1998 (1997)
Simulect
Anti-IL2R;
Chimeric IgG1
Prevention of
kidney
transplant
rejection
1998 (1998)
Abciximab
Rituximab
Basiliximab
Orthoclone Okt3
Reopro
International
nonproprietary
name
Trade name
Type
Cetuximab
Erbitux
Anti-EGFR;
Colorectal
Chimeric IgG1 cancer
Indication first First EU (US)
approved
approval year
2004 (2004)
Ibritumomab
tiuxetan
Zevalin
Anti-CD20;
Murine IgG1
Non-Hodgkin's
2004 (2002)
lymphoma
Omalizumab
Xolair
Anti-IgE;
Humanized
IgG1
Asthma
Colorectal
cancer
Bevacizumab
Avastin
Anti-VEGF;
Humanized
IgG1
Natalizumab
Tysabri
Anti-a4 integrin;
Multiple
Humanized
sclerosis
IgG4
Lucentis
Anti-VEGF;
Humanized
IgG1 Fab
2005 (2004)
2006 (2004)
Prevention of
Anti-IL2R;
kidney
Humanized IgG1 transplant
rejection
Palivizumab
Synagis
Prevention of
respiratory
Anti-RSV;
Humanized IgG1 syncytial virus
infection
1999 (1998)
Panitumumab
Vectibix
Anti-EGFR;
Human IgG2
Colorectal
cancer
Infliximab
Remicade
Anti-TNF;
Chimeric IgG1
Crohn disease
1999 (1998)
Eculizumab
Soliris
Anti-C5;
Humanized
IgG2/4
Paroxysmal
2007 (2007)
nocturnal
hemoglobinuria
Trastuzumab
Herceptin
Anti-HER2;
Breast cancer
Humanized IgG1
2000 (1998)
Certolizumab
pegol
Cimzia
Anti-TNF;
Crohn disease 2009 (2008)
Humanized
Fab, pegylated
Golimumab
Simponi
Anti-TNF;
Human IgG1
Rheumatoid
and psoriatic
arthritis,
ankylosing
spondylitis
2009 (2009)
Canakinumab
Ilaris
Anti-IL1b;
Human IgG1
Muckle-Wells
syndrome
2009 (2009)
Stelara
Anti-IL12/23;
Human IgG1
RoActemra,
Actemra
Anti-IL6R;
Humanized
IgG1
Rheumatoid
arthritis
Anti-CD20;
Human IgG1
Chronic
lymphocytic
leukemia
Gemtuzumab
ozogamicin
Mylotarg
Alemtuzumab
MabCampath,
Campath-1H
Anti-CD52;
Chronic myeloid
2001 (2001)
Humanized IgG1 leukemia
Adalimumab
Humira
Anti-TNF;
Human IgG1
Rheumatoid
arthritis
2003 (2002)
TositumomabI131
Bexxar
Anti-CD20;
Murine IgG2a
Non-Hodgkin
lymphoma
NA (2003)
Raptiva
Anti-CD11a;
Psoriasis
Humanized IgG1
Efalizumab
Anti-CD33;
Acute myeloid
Humanized IgG4 leukemia
1999 (1997); #
Ranibizumab
Macular
degeneration
Trade name
Type
Indication first First EU (US)
approved
approval year
Denosumab
Prolia
Anti-RANK-L;
Human IgG2
Bone Loss
Belimumab
Benlysta
Anti-BLyS;
Human IgG1
Systemic lupus
2011 (2011)
erythematosus
Ipilimumab
Yervoy
Anti-CTLA-4;
Human IgG1
Metastatic
melanoma
2011 (2011)
Brentuximab
vedotin
Adcetris
Anti-CD30;
Chimeric IgG1; Hodgkin
immunoconjuga lymphoma
te
2012 (2011)
Pertuzumab
Perjeta
Anti-HER2;
humanized
IgG1
Breast Cancer 2013 (2012)
Raxibacumab
(Pending)
Anti-B.
anthrasis PA;
Human IgG1
Anthrax
infection
Kadcyla
Anti-HER2;
humanized
Breast cancer 2013 (2013)
IgG1;
immunoconjuga
te
(Pending)
Antialpha4beta7
integrin;
humanized
IgG1
Ulcerative
colitis, Crohn
disease
In review (In
review)
Ramucirumab Cyramza
Anti-VEGFR2;
Human IgG1
Gastric cancer
In review
(2014)
Obinutuzumab Gazyva
Anti-CD20;
Chronic
Humanized
lymphocytic
IgG1;
Glycoengineere leukemia
d
In review
(2013)
Siltuximab
Sylvant
Anti-IL-6;
Chimeric IgG1
Castleman
disease
In review
(2014)
Secukinumab
(Pending)
Anti-IL-17a;
Human IgG1
Immunosuppre
In review
ssion
Nivolumab
(Pending)
Anti-PD1;
Human IgG4
Melanoma
NA (NA) [In
review in
Japan]
Lambrolizumab (Pending)
Anti-PD1;
Humanized
IgG4
Melanoma
NA (In review)
Dinutuximab
Anti-GD2;
Chimeric IgG1
Neuroblastoma In review (NA)
2005 (2003)
Zenapax
Daclizumab
International
nonproprietary
name
2007 (2006)
2007 (2006)
AdoTrastuzumab
emtansine
Vedolizumab
NA (2000#)
2004 (2003); #
Ustekinumab
Tocilizumab
Ofatumumab
Arzerra
Psoriasis
2009 (2009)
2009 (2010)
2010 (2009)
*Country-specific approval; approved under concertation rocedure; #Voluntarily withdrawn from market.
BLyS, B lymphocyte stimulator; C5, complement 5; CD, cluster of differentiation; CTLA-4, cytotoxic T lymphocyte antigen
4; EGFR, epidermal growth factor receptor; EPCAM, epithelial cell adhesion molecule; GP, glycoprotein; IL,
interleukin; NA, not approved; PA, protective antigen; RANK-L, receptor activator of NFkb ligand; RSV, respiratory
syncytial virus; TNF, tumor necrosis factor; VEGF, vascular endothelial growth factor.
(Pending)
2010 (2010)
NA (2012)
http://www.antibodysociety.org/news/approved_mabs.php
Продажи моноклональных антител в 2010 году
Аутоиммунные/
воспалительные
заболевания
Онкология
Гемостаз
Неоваскуляризация
Инфекционные заболевания
Elvin et al., Int J Pharm. 2013 Jan 2;440(1):83‐98.
Механизмы действия терапевтических антител
1) Прямое воздействие на опухолевую клетку
Опухолевая клетка
Раковый маркер
Конъюгированное антитело
Токсин или радиоизотоп
2) Абляция стромальных клеток и кровеносных сосудов в опухоли
Антитела
Клетка стромы
Токсин
Конъюгированные антитела
Опухолевая клетка
Кровеносный сосуд
Scott et al., Nat Rev Cancer. 2012 Mar 22;12(4):278‐87
Механизмы действия терапевтических антител
3) Иммунно‐опосредованное уничтожение опухоли
Фагоцит
Активация
комплемента
CDC/КЗЦ
NK клетка
C1q
Фагоцитоз
Fc‐рецептор
MAC
ADCC/АЗЦТ
Антитело‐зависимая
клеточно‐
опосредуемая
цитотоксичность
Гранзимы и перфорин
Опухолевая клетка
Scott et al., Nat Rev Cancer. 2012 Mar 22;12(4):278‐87
Механизмы действия терапевтических антител
4) Блокирование лиганда
TNFRI
Антитело
Подавление аутоиммунных реакций
5) Блокирование рецептора
Растворимый рецептор
IL‐6
IL6‐R
gp130
gp130
Антитела
IL‐6
а) Подавление аутоиммунных реакций; б) Подавление пролиферации
раковых клеток, сверхэкспрессирующих рецепторы к факторам роста;
Chan and Carter, Nat Rev Immunol. 2010 May;10(5):301‐16
TNF
TNF
Механизмы действия терапевтических антител
6) Прямая активация адаптивного звена иммунной системы
Т‐клеточный
рецепторный (ТКР) комплекс
Индукция сигналинга
Т‐клетка
Активированная Т‐клетка
7) Кросс‐презентация опухолевых антигенов
CD4+ Т‐клетка
CD8+ Т‐клетка
ТКР
Опухолевый пептид
МНС I класса
МНС II класса
Дендритная клетка
Wiener et al., Nat Rev Immunol. 2010 May;10(5):317‐27
Chan and Carter, Nat Rev Immunol. 2010 May;10(5):301‐16
Антитело
Цели для терапевтических антител в онкологии
Маркеры солидных
опухолей
Анти‐ангиогенез
Рецепторы
факторов роста
Антигены стромы
и матрикса
Scott et al., Nat Rev Cancer. 2012 Mar 22;12(4):278‐87
Маркеры клеток крови
Wiener et al., Nat Rev Immunol. 2010 May;10(5):317‐27
Терапевтические антитела нацеленные на
активацию иммунного ответа
а) б) а) б) а) б) а) стимуляция активирующих рецепторов; б) блокировка ингибирующих рецепторов.
Chan and Carter, Nat Rev Immunol. 2010 May;10(5):301‐16
Антитела в терапии аутоиммунных и воспалительных заболеваний
Chan and Carter, Nat Rev Immunol. 2010 May;10(5):301‐16
Антитела в терапии аутоиммунных и воспалительных заболеваний
Позитронно‐эмиссионная томография (PET)
Антитело метится изотопом излучающем позитроны. Детектируются гамма‐
кванты, возникающие при аннигиляции позитрона и электрона.
+ опухоль детектируется in vivo, определяется ее точное положение и наличие
метастазов; низкая дозовая нагрузка;
‐ изотопы для PET (например 11C, 13N, 15O, 124I, 18F) можно получить только в
циклотроне, период полураспада измеряется минутами и часами;
PET с использованием 124I‐меченного CAIX‐специфичного моноклонального
антитела cG250, выявляющего опухоль почки (показано стрелкой);
Scott et al., Nat Rev Cancer. 2012 Mar 22;12(4):278‐87
Фазы клинических исследований
Преклинические испытания – изучение действия лекарства в моделях in vitro и in vivo на
лабораторных животных (мыши, крысы, приматы).
Фаза 0 – первые испытания лекарственного средства на людях, обычно на здоровых добровольцах. Изучается фармокинетика и фармодинамика на малых дозах лекарства. Соответствует ли
поведение лекарства у человека тому как оно вело себя у лабораторных животных. Фаза I – Испытание на группе 20‐80 человек. Изучается переносимость, безопасность, наличие
терапевтического действия.
Фаза II – Оценивается прежде всего эффективность, а также безопасность препарата у группы
пациентов с конкретным заболеванием (100‐300 человек). Обычно это плацебо‐контролируемые
исследования. Фаза III – Лекарственное средство испытывается на больших группах пациентов (тысячи
испытуемых) различного возраста. Исследование проводится в многочисленных медицинских
центрах различных стран. В этих исследованиях изучаются все аспекты лечения, включая оценку
показателя риск/польза. На основании полученных результатов принимается решение о
регистрации или отказе в регистрации лекарственного препарата.
Фаза IV – Проводится уже после того, как лекарственный препарат получил одобрение. Целью
данных исследований является выявление отличий нового лекарственного препарата от других
препаратов, сравнение его эффективности по отношению к аналогам, демонстрация пользы нового
препарата, а также выявление ранее неизвестных побочных эффектов лекарственного средства и
факторов риска. Рынок рецептурных лекарств 2003‐2015
Продажи, Млн. долларов
Вакцины
Моноклональные антитела
Терапевтические белки
Малые молекулы
*
Год
Экстраполяция
*
Млрд. долларов
Elvin et al., Int J Pharm. 2013 Jan 2;440(1):83‐98.
“Великолепная пятерка” терапевтических антител
3/4 рынка
Продажи в 2013 г., млрд. долларов
Humira
Remicade
Rituxan
Herceptin
Avastin
11
9.7
7.5
6.5
6.5
2/3 рынка
Elvin et al., Int J Pharm. 2013 Jan 2;440(1):83‐98.
“Великолепная пятерка” терапевтических антител
Хумира/Adalimumab – IgG1 человека против TNF (Tumor Necrosis Factor); Используется
для супрессии иммунной системы в случае ревматоидного артрита, псориаза и других
аутоиммунных заболеваний.
Ремикейд/Infliximab – химерный IgG1 против TNF; Используется при терапии болезни
Крона (воспаление ЖКТ). Мабтера/Rituximab – химерный IgG1 против CD20 рецептора, узнает и уничтожает В‐
лимфоциты; Используется при терапии лейкемий, лимфом (включая неходжкинскую), ревматоидного артрита.
Герциптин/Trastuzumab – гуманизированный IgG1 против HER2 (Human Epidermal growth factor Receptor 2), блокирует пролиферацию клеток, сверхэкспрессирующих
HER2; Используется при терапии рака молочной железы.
Авастин/Bevacizumab – гуманизированный IgG1 против VEGF‐A (Vascular Endothelial Growth Factor A), ингибитор ангиогенеза (роста новых кровеносных сосудов); Используется при терапии рака прямой кишки, некоторых раках легких, почки, яичников, молочной железы, головного мозга.
Направления развития терапевтических антител
1)
Поиск новых целей;
2)
Модификация
имеющихся
антител: удешевление
стоимости
производства, увеличение времени жизни, усиление эффекторных
функций и т.д.;
3)
Альтернативные форматы антител (конъюгаты, биспецифические
антитела, Fab‐фрагменты, Fc‐фрагменты слитые с пептидами или белками
являющимися лигандами к таргетному маркеру);
4)
Альтернативные антиген‐связывающие домены;
2) Модификация антител
Мутация аминокислотных
остатков для элиминации
сайтов агрегации антител
Элиминация вероятных
сайтов N‐гликозилирования
Модификация сахарного
остатка для снижения
гетерогенности антител
Beck et al., Nat Rev Immunol. 2010 May;10(5):345‐52
Введение Cys остатков для
связывания с
токсинами
Модификация шарнира для
снижения гетерогенности
антител
Модификация антител
Fa
b
‐ф
р
аг
ме
нт
Fab‐фрагмент слитый с PEG –
увеличенное время жизни антитела
Модификация V‐домена для
снижения изоэлектрической точки
Созревание аффинности
антитела для снижения скорости его
для увеличения силы и
элиминации из сыворотки
специфичности
взаимодействия с
антигеном
Fс‐фрагмент
Присоединение радиоизотопов
или токсинов; Присоединение
вместо Fab пептидов или
лигандов, узнающих таргетный
маркер;
Гуманизация или де‐
иммуногенезация для
снижения иммуногенности
Beck et al., Nat Rev Immunol. 2010 May;10(5):345‐52
Модификация связывания с Fc‐
рецепторами:
Усиление CDC,
Усиление ADCC (усиление
связывания с FcgRIIIA, снижение – с FcgRIIB), Увеличение времени жизни за
счет связывания FcRn;
Взаимодействие антител с неонатальным Fc‐рецептором (FcRn)
Обычное антитело
Рециркулирующее
антитело
Растворимый антиген
FcRn
“Подметающее”
антитело
Деградированное антитело
Лизосомальные протеазы
Деградированный антиген
Igawa et al., Biochim Biophys Acta. 2014 Aug 12
3) Биспецифичные терапевтические антитела
BiTE Антитело
Обычное
антитело
Биспецифическое
антитело
Knob‐Hole
dAB
Антитело
Антитело с DAF
BiTE – Bispecifc T cell‐Engagers; dAB – domain AntiBodies; DAF – Dual Action Fab;
scFv – single chain variable Fragment;
DVD – Dual Variable Domain;
scFv‐IgG
Антитело
DVD Антитело
Действие биспецифичных терапевтических антител
Т‐клетка
Т‐клетка
ТКР
BiTE
Опухолевая клетка
Опухолевый
антиген
Fc‐рецептор
Макрофаг
Дендритная клетка
NK‐клетка
4) Альтернативные домены в терапевтических антителах
Scaffold – 2 CDRs of Ig
Source – Human
Company –Pieris
Scaffold – Lipocalin
Source – Human
Company – Adalta
Scaffold – Single domain Ab
Source – Shark
Company – Adnexus
Scaffold – Adnectin
Source – Human
Scaffold – Variable lymphocyte receptor
Source – Lampreys
Company – MolPartn‐JnJ
Scaffold – Ankyrin
Source – Syntetic
Nuttal and Walsh, Curr Opin Pharmacol. 2008 Oct;8(5):609‐15
Scaffold – colicin E7 immunity protein Im7
Source – E.coli
Company – Affibody
Scaffold – Z domain of Protein A Source – S. aureus
Beck et al., Nat Rev Immunol. 2010 May;10(5):345‐52
Альтернативные домены в клинических испытаниях
Рост количества случаев рака и аутоиммунных заболеваний
Спасибо за Внимание!
Fab
Fc