在生物制药领域，临床开发阶段的居高不下的淘汰率极大地增加了项目平均投资成本。因此，在药物研发的早期评估其可开发性就显得尤为关键。可开发性涵盖了众多因素，如抗体来源、生物物理和药代动力学特性、重组表达效果等。这些因素相互交织、共同作用，综合决定了一个分子能否顺利开发成安全有效的药物。本文围绕早期可开发性评估，介绍了关键指标，以及针对这些指标的评估和优化方法流程，为降低药物研发的失败率，提升生产质量，并削减生产成本提供参考。
抗体的来源
抗体是生物制剂中最大的一类，其来源和序列起源都会影响其可开发性。天然抗体通常取自免疫后的动物或患者群体，由于在体内经历了亲和力成熟和自身耐受过程，通常具有良好的可开发性。然而，非人源抗体可能引发严重的免疫反应，需要进行人源化改造，或者使用转人免疫球蛋白基因的动物进行免疫。近年来，合成抗体受到越来越多的关注。理论上，它能够针对任何靶标筛选出结合物。借助体外展示技术，科研人员能对抗体库进行精准控制，例如剔除不利于结合的氨基酸残基、调整可变区长度等。不过，合成抗体也存在一些问题，由于其未经过体内成熟过程，且并非源自天然，可能出现多反应性、免疫原性、易聚集性以及表达特性不佳等情况。
图1 生物药物研发的可开发性评估流程
展示技术的进展
过去几十年，展示技术发展迅速，使得构建庞大且多样的抗体、蛋白质和多肽群体，并从中分离出具有特定靶标结合特性的分子成为可能。然而，仅专注于提高亲和力对先导抗体进行工程改造，可能会产生亲和力增强但生物物理特性更差的分子。抗体在高浓度配方中的聚集倾向、非特异性相互作用程度以及药代动力学特性等因素，都可能导致开发失败。如今的展示技术也可实现对生物物理特性的筛选。例如，噬菌体展示技术可用于筛选高热稳定性克隆，哺乳动物展示系统则能筛选高浓度下稳定的克隆。多参数流式细胞术能在保留抗原结合能力的同时，筛选生物物理特性。
生物物理特性表征
在抗体开发时，通常要在数十到数千个候选抗体中筛选出唯一的一个进行后续研究，因此生物物理特性表征在筛选候选抗体时至关重要。理想的抗体药物需要具备高特异性、高胶体稳定性和低聚集倾向以及高折叠稳定性。常用于非特异性结合评估的方法有ELISA、多特异性粒子（PSP）检测、色谱法等。检测抗体自身相互作用的方法包括自相互作用色谱法（SIC）、交叉相互作用色谱法（CIC）等。由于抗体制剂的目标是在几年内稳定，因此为加快稳定性分析，常采用各种应激条件。热稳定性是一个关键指标，通常使用差示扫描量热法或差示扫描荧光法进行测量。除此外，疏水纳米颗粒表面介导的应激也可用于评估抗体稳定性。
数据、机器学习与可开发性的计算评估
在抗体开发的早期阶段，通常缺乏实验数据，此时计算评估就发挥了重要作用（图2）。通过对抗体序列和结构的分析，可以预测其开发性特性。例如，通过检测化学降解基序、糖基化基序以及预测潜在的聚集倾向区域和MHC II结合免疫表位等，帮助筛选出更具开发潜力的抗体。机器学习方法的应用，进一步提升了计算评估的能力。它可以从抗体序列中推断开发性参数，甚至生成具有特定特性的新抗体序列。不过，目前该技术仍面临一些挑战，如需要大量的训练数据，以及如何确保生成的抗体序列具有实际应用价值等问题。
从结构和分子动力学看生物制剂的生物物理特性
抗体的三维结构始终处于持续波动的状态，仅依靠单一的静态结构，通常无法全面阐释抗体的功能与特性。因此，将抗体的互补位描述为溶液中的构象集合更为恰当。例如，研究表明抗体的聚集现象会因低丰度状态而加速，抗体与表面发生疏水相互作用时，其构象会朝着更疏水的状态转变，这种转变使得抗体更容易聚集（图2A-B）。分子动力学模拟能够提供溶液中的构象集合，呈现与疏水、聚集等相关的构象情况（图2C-D）。
图2 基于知识和物理的方法在表征抗体生物物理特性方面的应用
细胞和动物模型用于可开发性评估
细胞检测方法也是评估可开发性的重要手段。治疗性生物制剂可能具有免疫原性，引发多种问题。外周血单个核细胞（PBMC）免疫激活检测可用于检测激活T细胞的表位，但生物制剂在患者体内的免疫原性仍难以预测（图3）。
图3 PBMC免疫原性检测
IgG和相关药物能与新生儿Fc受体（FcRn）结合，影响其药代动力学特性。人内皮细胞再循环检测（HERA）可用于评估FcRn靶向分子的摄取和再循环能力，预测其体内特性，且细胞检测结果与体内数据有较好的相关性（图4）。
图4 HERA用于体外药代动力学和FcRn靶向策略研究
在临床前药代动力学评估方面，小鼠由于成本和伦理等优势成为常用动物模型，但在使用时要考虑跨物种差异。人FcRn转基因小鼠是评估人IgG生物制剂药代动力学的金标准，但小鼠内源性IgG水平低等因素会影响研究结果，可通过预静脉注射高浓度IgG或使用特定转基因小鼠来解决。
生物制剂的生产与应用
生物制剂的细胞系开发与生产同样不容忽视，要以高效、安全且可重复的方式生产生物制剂。目前，哺乳动物细胞凭借其能够正确进行蛋白质折叠、糖基化修饰等复杂翻译后加工过程的优势，成为生产抗体治疗药物的常用选择，但也面临细胞培养过程复杂等挑战。目前，大多数生物制剂通过注射给药，但口服给药等替代途径也在积极探索中。对于口服生物制剂，其在胃肠道中的稳定性和货架期等成为关键开发性因素。
总结
生物制剂的早期开发性评估，是一个多维度、综合性的复杂过程，贯穿从抗体来源筛选，到临床应用的各个环节。随着技术的不断进步，包括展示技术、生物物理特性评估方法、计算评估工具以及细胞分析和动物模型的优化，生物制剂的开发将变得更加高效、精准，为患者带来更多安全有效的治疗选择。
关注点：
(1)来源于免疫后人或动物的天然抗体，在体内经历了亲和力成熟和自身耐受过程，因而往往具有良好的可开发性，然而传统抗体筛选方法，难以直接获得循环抗体的序列。
(2) Rapid Novor快序生物全球唯一的多抗测序技术，可以直接对人或动物血清多抗蛋白测序，高效获得与原始多抗性能相当的优质天然单克隆抗体序列，其可开发性更高。
参考文献：
[1]Fernández-Quintero ML, et al. Assessing developability early in the discovery process for novel biologics. MAbs. 2023;15(1):2171248. doi:10.1080/19420862.2023.2171248
