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抗体药物生产监测、分离纯化和质量控制的新型分子工具——变构型核酸适体探针

在过去的三十年中,抗体药物在癌症、自身免疫性疾病和其他疾病的治疗中得到了快速发展。目前超过70%的抗体药物由CHO细胞(中国仓鼠卵巢细胞)生产,但细胞株的构建周期很长、通量低、纯化难等局限性,制约了其生物医药产业的发展。近日,谭蔚泓院士团队和李娟教授团队联合攻关,通过核酸适体构建了一套全新的技术平台,解决了抗体药物产业化过程中的瓶颈问题,实现了抗体药物生产的实时快速监测、无损分离纯化和精准质量控制。


世界范围内目前已有70多种单抗类药物被FDA批准,2019年全球抗体药物市场规模超过1400亿美元。尽管抗体药物如此成功,但在产业化过程仍然面临诸多挑战:首先,抗体药物生产的细胞株构建周期长、通量低。限制生产细胞株的构建优化效率的关键在于监测手段。传统监测手段主要是ELISA方法,步骤多,耗时长,难以实现生产过程的实时监测;其次,抗体药物具有对外界环境(例如热、紫外线等)敏感等生物学特性,将导致抗体的三级及高级结构发生构象变化,从而使抗体活性降低,甚至失活。而传统的ELISA方法常难以辨别抗体药物发生的构象变化。因此,缺乏对抗体药物精细结构和活性的快速表征手段;最后,抗体药物的分离纯化常用工艺为Protein A方法,需使用强酸洗脱目的产物,可能使产物结构和活性变化。因此,发展无损的抗体药物分离纯化方法具有重要意义。


现如今,抗体类药物迎来了蓬勃发展的春天。一些抗体药物的专利已过期或接近到期日期,如曲妥珠单抗,许多医药公司已开始生产和销售曲妥珠单抗的生物类似药。面对抗体药物生产过程的挑战,上海交通大学医学院分子医学研究院、福州大学和湖南大学的联合研究团队以曲妥珠单克隆抗体为靶标,筛选得到了其DNA核酸适体,并基于此核酸适体分子构建出一系列变构型核酸适体分子探针(如图1),该分子探针可在5分钟内实现对该抗体药物生产过程的快速监测。该方法简单、快速,可实现对细胞株的高通量筛选,缩短生产工艺流程。

图1. 变构型核酸适体探针的结构与细胞株生产抗体药物过程的模拟监测


抗体药物在生产、包装、运输、储存等等一系列环节中,对外界环境(例如热、紫外线等)敏感,将可能导致抗体的三级及高级结构发生构象变化,从而使抗体活性降低,甚至丧失。目前,监测和研究蛋白质三级结构的方法十分有限,而传统的ELISA方法不能直接反应蛋白三维结构的变化。核酸适体探针具有能识别精细结构的优势,研究结果表明:设计的变构型核酸适体探针能有效识别pH,高温,H2O2(氧化还原条件)等条件下的抗体药物构象变化,指示抗体药物的活性和质量。在抗体分离纯化方面,研究团队发展“链置换取代法”(图2),通过置换探针的设计,可以将抗体药物无损的分离提纯,反应条件温和,抗体纯度高,确保了抗体药物的质量。


科学无国界,技术有壁垒,该研究工作基于核酸适体构建出一套技术平台,有望助力生物医药产业的发展。

图2. 基于核酸适体的链置换取代法进行抗体药物的分离纯化


这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上,文章的第一作者是上海交通大学医学院分子医学研究院的博士后陈开明


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Aptamer as a Versatile Molecular Tool for Antibody Production Monitoring and Quality Control

Kaiming Chen, Jie Zhou, Zhentao Shao, Jia Liu, Jia Song, Ruowen Wang, Juan Li and Weihong Tan

J. Am. Chem. Soc., 2020, DOI: 10.1021/jacs.9b13370


导师介绍

‍谭蔚泓

https://www.x-mol.com/university/faculty/10092


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