Typen rekombinanter Antikörper und ihre Generierungsmethoden
Rekombinante Antikörper lassen sich in fünf Hauptkategorien einteilen: chimäre Antikörper, humanisierte Antikörper, vollhumanisierte Antikörper, kleinmolekulare Antikörper und bispezifische Antikörper.
Chimäre Antikörper
Die konstanten und variablen Regionen chimärer Antikörper stammen jeweils aus unterschiedlichen Spezies. Eine gängige Form des chimären Antikörpers wird gebildet durch die Kombination der Variableregionen von tierischen Antikörpern mit den konstanten Regionen menschlicher Antikörper. Sein Kern liegt in der Beibehaltung der Ziel-spezifität bei gleichzeitiger Reduzierung der partiellen Immunogenität, und es ist eine der wichtigsten Typen früher rekombinanter Antikörper.
Eigenschaften chimärer Antikörper
1. Die Variableregionen des Antikörpers stammen vom Tier und behält die Spezifität und Affinität des Antikörpers für Antigene bei.
2. Fast 70% des Antikörpers sind menschlichen Ursprungs, was die Heterogenität des Antikörpers stark reduziert. Unter diesem humanisierten Anteil kann das Fc-Fragment ADCC (Antikörper-abhängige zelluläre Zytotoxizität) und CDC (komplementabhängige Zytotoxizität) effektiv vermitteln.
3. Verschiedene Antikörpertypen, -subtypen, -größen und Modifikationsstellen können je nach spezifischem Bedarf ausgewählt werden.
4. Durch etablierte Plasmid-Konstruktionssysteme und Protein-Expression-Plattformen kann der Ziel-Antikörper effizient in großen Mengen gewonnen werden.
Produktionsmethoden für chimäre Antikörper
Humanisierte Antikörper
Chimäre Antikörper können das Problem der HAMA-Reaktion (human anti-mouse antibody reaction) nicht vollständig lösen. Um dies zu beheben, wurden funktionale humanisierte Antikörper entwickelt, indem die komplementbestimmenden Regionen (CDR) aus den Variableregionen muriner Antikörper in die Gerüstregionen (FR) der Variableregionen menschlicher Antikörper eingefügt werden.
Eigenschaften humanisierter Antikörper
1. Basierend auf chimären Antikörpern erweitern humanisierte Antikörper den menschlichen Anteil des Antikörpermoleküls weiter, wobei der Humanisierungsanteil bis zu 80%-90% erreichen kann. Dies reduziert die fremdproteinabhängige Abstoßungsreaktion des menschlichen Körpers beim Einsatz des Antikörpers.
2. Der Prozess der CDR-Bindung an Antigene wird durch die FR beeinflusst. Die Bindung tierischer CDRs zu menschlichen FR kann die räumliche Struktur des ursprünglichen CDR des Antikörpers verändern und damit die Affinität des rekombinanten Antikörpers zum Antigen reduzieren. Im Designprozess der FR-Rekonstruktion sollte das dreidimensionale Modell des tierischen Variableregions als Leitfaden dienen, während Homologie-Analysen und Molekülmodellierung essentielle Hilfsmethoden bieten, um die Auswirkung auf die CDR-Domänen zu minimieren. Dies umfasst im Wesentlichen zwei Schritte: a. Auswahl menschlicher FR aus homologen Antikörpern oder Antikörper-Konsensussequenzen. b. Identifizierung der Aminosäuren, die eine Schlüsselrolle in den FR spielen, basierend auf veröffentlichten Informationen.
Produktionsmethoden für Humanisierte Antikörper
Vollhumanisierte Antikörper
Um das Problem der Immunogenität weiter zu adressieren, wurde die Technologie für vollhumanisierte Antikörper entwickelt. Vollhumanisierte Antikörper werden ausschließlich aus menschlichen Genen konstruiert und eliminieren jegliche tierische Komponenten, wodurch sie in klinischen Therapien eine geringere Immunogenität aufweisen.
Zuerst wird Gentechnik (Gene Knockout) verwendet, um die endogenen Antikörpergene des Tieres zu inaktivieren und so einen Mangel an tierischen Antikörpfergenen zu erzeugen. Anschließend werden menschliche Antikörper-Gene über Transgenese oder Chromosomen-Transfer-Technologie in diese Antikörper-gendefizienten Tiere eingeführt. Die Tiere exprimieren daraufhin menschliche Antikörper, was eine vollständige Humanisierung der Antikörper erreicht. Diese Methode ist jedoch technisch anspruchsvoll, kostspielig und birgt weiterhin das Risiko einer humanen Abstoßung. Folglich hat sich die Phagen-Display-Technologie als alternative Lösung etabliert.
Bei diesem Ansatz werden die Genregionen für Variableregionen der Antikörper in geeignete Positionen innerhalb der Strukturgene der Phagen-Hülle eingebaut. Da die Phagen-Hüllproteine exprimiert werden, werden die menschlichen Antikörper-Variableregionen ko-exprimiert und zusammen mit dem Neuaufbau der Phagen auf der Phagen-Oberfläche präsentiert. Schließlich werden vollhumanisierte Antikörper durch das Screening des Display-Bibliotheks und die anschließende Expression in Wirtzellen gewonnen.
Eigenschaften vollhumanisierter Antikörper
Das größte Merkmal von vollhumanisierten Antikörpern liegt in der nahezu vollständigen Eliminierung der Immunogenität. Da sie ausschließlich aus menschlichen Genen konstruiert werden, sind diese Antikörper mit dem menschlichen Immunsystem kompatibel und reduzieren dadurch die immunologischen Reaktionen der Patienten auf die Antikörper. Zusätzlich weisen vollhumanisierte Antikörper im Allgemeinen eine hohe Affinität und Stabilität auf, sodass ihre therapeutischen Wirkungen relativ lang anhaltend sind. Sie sind die wichtigsten Zielobjekte in der Forschung und Entwicklung von Antikörper-Medikamenten, haben breite Anwendungen bei der Behandlung von Krankheiten und Krebs und besitzen einen erheblichen Forschungs- und Produktionswert.
Produktionsmethoden für Vollhumanisierte Antikörper
Kleinmolekulare Antikörper
Kleinmolekulare Antikörper, auch als Mini-Antikörper oder Einzel-Domänen-Antikörper bekannt, werden entwickelt durch die Ingenieurskunst von intakten Antikörpermolekülen, um eine "Miniaturisierung" zu erreichen. Diese Modifikation verbessert ihre Durchdringungsfähigkeit und überwindet die Herausforderung der Schwierigkeit, tiefsitzende Tumorzellen in soliden Tumoren zu erreichen.
Bestehend aus einer einzelnen Antikörper-Domäne, leiten sie sich normalerweise aus der schweren Kette Variablenregion (VH) oder der leichten Kette Variablenregion (VL) ab. Die bestehenden Typen von kleinmolekularen Antikörpern umfassen Fab, Fv, scFv, SdAb, Minibodies und Nanobodies.
Eigenschaften kleinmolekularer Antikörper
1. Das Molekulargewicht von kleinmolekularen Antikörpern beträgt nur 1/12 bis 1/2 des intakten Antikörpers. Sie weisen eine starke Durchdringbarkeit, hohe Affinität und Spezifität auf, wodurch sie sich an Zielproteine mit hoher Selektivität binden können und Auswirkungen auf Nicht-Ziele reduzieren.
2. Da sie nur eine einzelne Antikörper-Domäne enthalten, haben kleinmolekulare Antikörper eine einfachere Struktur, was es erleichtert, sie zu ingenieurieren und zu optimieren.
3. Ihre Expression und Reinigung in verschiedenen Expressionssystemen sind relativ unkompliziert, was eine groß angelegte Produktion erleichtert.
Produktionsmethoden für Kleinmolekulare Antikörper
Bispezifische Antikörper
Bispezifische Antikörper (BsAbs) sind Antikörper mit zwei spezifischen antigenbindenden Stellen und können gleichzeitig an zwei verschiedene Antigene binden. Sie sind wichtige Forschungsziele im Bereich der Antikörper-Medikamente und haben eine bemerkenswerte Wirksamkeit in der Krebstherapie erzielt.
Durch die Verbindung von "Effektorzellen/-molekülen" mit "kranke Zellen" leiten bispezifische Antikörper aktive Immunantworten oder Signalregulation ein. Zum Beispiel können sie gezielt T-Zellen in der Nähe von Tumorzellen rekrutieren, die tötende Funktion der T-Zellen aktivieren und damit den doppelten Effekt von "präziser Zielung + Immunaktivierung" erreichen.
Klassifizierung bispezifischer Antikörper
| Strukturtyp | Kernmerkmale | Typisches Beispiel |
|---|---|---|
| IgG-ähnlicher bispezifischer Antikörper | Behält den Fc-Segment traditioneller Antikörper bei, besitzt Effektorfunktionen wie ADCC und CDC, mit Pharmakokinetik näher an natürlichen Antikörpern. | Bispezifischer Antikörper gegen HER2 und CD3 |
| Nicht-IgG-ähnlicher bispezifischer Antikörper | Fehlendes Fc-Segment, hat eine kleinere Molekülgröße (meist Einzelkette oder Doppelkettenschnitte), zeigt starke Gewebedurchdringung, aber hat eine kürzere Halbwertszeit, die via PEG-Modifikation oder Albumin-Verschlusss benötigt wird. | Bispezifischer T-Zell Engager (BiTE) |
| Fusionsprotein-basierter bispezifischer Antikörper | Fusion von Antikörperschnitten mit anderen funktionellen Proteinen (z.B. Zytokine, Enzyme) und besitzt sowohl Zielungsfähigkeit als auch zusätzliche biologische Funktionen (z.B. Immunregulation, enzymatische Hydrolyse). | Antikörper-Zytokin-Fusions-bispezifischer Antikörper |
Gängige Bispezifische Antikörper-Strukturen
Mit Fc-Region
Ohne Fc-Region
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