ADC藥物純化工藝解決方案
抗體偶聯(lián)藥物 (Antibody-Drug Conjugate, ADC) 由靶向特異性抗原的單克隆抗體與小分子細胞毒性藥物通過連接子鏈接而成,兼具傳統(tǒng)小分子化藥的強大殺傷效應及抗體藥物的腫瘤靶向性,包括抗體、有效載荷和連接子三個部分。
在常見單抗工藝上,ADC藥物工藝中還增加連接子-小分子藥物制備、ADC原液制備等工藝,并且偶聯(lián)過程中除了會額外引入有機試劑、偶聯(lián)酶(如適用)、空載連接子、游離有效載荷及其衍生物等雜質外,偶聯(lián)過程也改變了彼此的物理化學特性,可能會引起結構、電荷等變化。因此在ADC偶聯(lián)工藝后還需增加純化工藝,以去除工藝相關雜質與產(chǎn)品相關雜質。
工藝相關雜質主要包括殘留的修飾用試劑、催化劑、反應酶、有機溶劑以及未偶聯(lián)的連接子、有效載荷或有效載荷-連接子中間體等;
產(chǎn)品相關雜質主要為生產(chǎn)工藝過程中所產(chǎn)生的聚體和片段等,有些生產(chǎn)工藝還可能通過純化手段調整ADC藥物的藥物抗體偶聯(lián)比 (DAR) 和載藥分布[1]。
針對不同雜質尋找不同的解決方案,為了幫助業(yè)內人士快速全面了解ADC藥物的研發(fā)與生產(chǎn),發(fā)布了《ADC工藝解決方案》,該手冊涵蓋了ADC藥物考量因素、工藝流程、設備設施、純化工藝及相關驗證服務等幾個維度全面系統(tǒng)闡述了ADC藥物整體解決方案,為ADC藥物發(fā)展與創(chuàng)新提供強有力的支撐。手冊主要內容概覽如下,想要了解詳細內容請掃描下方二維碼下載閱讀。
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工藝相關雜質去除
目前ADC偶聯(lián)后,下游純化工藝普遍多使用切向流過濾 (TFF) 用于去除有機雜質、偶聯(lián)相關雜質或緩沖液的置換。因這些雜質的分子量明顯低于TFF膜包的截留分子量MWCO,所以切向流過濾方法理論上可以去除這些游離小分子雜質,需要注意的是與單抗的UFDF步驟相比,ADC偶聯(lián)后的UFDF往往需要更多DV以確保雜質降至可接受水平。然而對于游離的連接子和有效載荷會有一些挑戰(zhàn),難點通常在于其可能于ADC藥物和/或UFDF膜之間存在低親和力的非共價相互作用[2],但通過額外的UFDF工藝參數(shù)調整或者增加層析步驟來解決相應雜質的去除,研究者篩選了幾種巰基淬滅劑,最后發(fā)現(xiàn)結合混合物通過L-半胱氨酸處理,可以有效增加雜質透過效率(圖1)[3]。
圖1:Impact of quench agents on the clearance profile of the free drug related species during purification of 1 by UFDF
在其他的一些案例中,游離的藥物和溶劑不能完全被UFDF清除到理想水平,就需要在超濾工藝之后增加層析步驟,可以使用分子篩層析或者陽離子交換層析將其去除。以陽離子層析為例[4],調整上樣樣品環(huán)境,ADC與層析柱上帶有負電荷的配基結合,而游離的藥物和溶劑則會流過柱子,不發(fā)生結合,根據(jù)此原理,可以顯著降低小分子雜質的含量,如下圖案例所示,經(jīng)過陽離子層析后,游離藥物含量從上樣樣品的52.2%降至了5%。同理,抗體平臺常用的Capto S Impact與Capto SP ImpRes在ADC藥物偶聯(lián)后純化同樣適用。
圖2:陽離子層析圖譜和結果
產(chǎn)品相關雜質去除
抗體通常具有復雜的異質性(如電荷變異體、分子大小變異體、糖基化和其他翻譯后修飾等),裸抗本身的異質性及偶聯(lián)造成的異質性的疊加會導致ADC的復雜程度大幅增加[1]。在目前ADC偶聯(lián)工藝中,聚集體的出現(xiàn)更為常見,而且聚集體一旦形成,在后續(xù)的純化過程中僅使用UFDF去除掉是比較困難的,因此針對聚集體同樣考慮使用層析純化來達到去除的目的。下圖示例所用純化填料使用SP Sepharose Fast Flow,當樣品上到300 g/l時,vHMWS這種雜質會開始流穿。最終,通過陽離子的流穿模式,將vHMWS的含量降低到了0.03%,平均DAR值未受到影響[5]。
圖3:HMW檢測結果及上樣時流穿聚集體的情況
除了常見的球狀填料,我們還有另外一款膜層析Mustang S可供選擇,膜材是親水性的聚醚砜,孔徑0.65 μm,膜上連接有強陽離子S配基,由16層膜構成,同樣是ADC純化中的有力工具。
DAR值分布控制
DAR表示每個抗體分子上偶聯(lián)的有效載荷的平均數(shù)量,直接與產(chǎn)品的有效性和安全性相關,是ADC產(chǎn)品的關鍵質量屬性。盡管越來越多的ADC平臺采用定點偶連策略實現(xiàn)DAR值的高均一性,但仍可以通過以疏水相互作用層析 (HIC) 工藝實現(xiàn)對DAR值范圍的控制。正如以下案例所示[6],在Butyl Sepharose HP層析柱上樣后通過緩沖液由高鹽至低鹽的線性梯度洗脫,未偶聯(lián)載荷的裸抗由于疏水性較弱而最早出峰,其次是DAR2,然后是DAR4,由于DAR6/8的疏水性較強,最后在CIP階段出峰(圖4)。
圖4:Butyl Sepharose HP線性梯度洗脫分離不同DAR值組分
其他層析
除以上幾種純化方式外,還有分子篩層析可供選擇,分子篩層析可以在純化過程中同時實現(xiàn)緩沖液置換與小分子和聚集體雜質的去除,但無法解決DAR值分布不均問題,因此,在ADC藥物純化過程中,還需要針對不同的純化目的選擇不同的純化手段。
總 結
隨著技術的不斷進步,ADC藥物也將進入新的發(fā)展階段,將持續(xù)提供多種離子交換層析填料、疏水層析填料、膜層析、超濾膜包,可以滿足研發(fā)規(guī)模到商業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的ADC藥物工藝需求。
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參考文獻
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