Antibody Drug Revival

V tomto novém světě často nespoutaného pesimismu stojí za zmínku, že vám nikdo nikdy nezaručil, že si dokážete vydělat na živobytí, natož dobrý, posouváním limitů technologie. Vezměte si například Nilse Lonberga. Lonberg přirovnává příběh své společnosti k Šípkové Růžence, ale jeho analogie není přesná. Šípková Růženka měla ostatně to štěstí, že své utrpení prospala. Lonberg a jeho kolegové byli úplně vzhůru.

Lonbergovi chybělo jen pár let na postgraduální škole v roce 1989, když se připojil k GenPharm International, společnosti vyvíjející třídu léků známých jako monoklonální protilátky – polévkové verze proteinů produkovaných imunitním systémem v boji proti nemocem. Cílem bylo geneticky upravit myš s lidským imunitním systémem, který by mohl být použit k vytvoření plně lidských monoklonálních protilátek.

Tento příběh byl součástí našeho vydání z července 2002

• Viz zbytek čísla
• předplatit

Jeho načasování nemohlo být horší. Série slibných léků s monoklonálními protilátkami, které vyléčí vše od rakoviny až po těžké infekce, se brzy ukázaly jako velké selhání. Jeden z nich, lék zvaný Centoxin, vyrobený společností Malvern, Centocor se sídlem v PA, měl podle odhadů vydělat miliardy jako léčba často fatálního septického šoku, než americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv v roce 1992 odmítl jeho použití schválit. Rozhodnutí FDA označilo zdánlivý zánik monoklonálních protilátek a alespoň na chvíli vyhlídky celého biotechnologického průmyslu.

Ta povídka, říká Lonberg, je, že jsme se schovali. Delší příběh, stejně jako Šípková Růženka, má šťastný konec. V posledních čtyřech letech vzkvétala společnost Medarex se sídlem v Princetonu v NJ, která koupila GenPharm v roce 1997. Podnik s monoklonálními protilátkami má nyní asi 300 zaměstnanců, zbrusu nové výzkumné zařízení v Milpitasu v Kalifornii a 60 hektarů v New Jersey, kde staví obrovské vývojové centrum. Má také půl miliardy dolarů v hotovosti, aby vyžila, zatímco vyvíjí svou technologii a své léky. Jsme na cestě, říká Lonberg, který je nyní senior viceprezidentem a vědeckým ředitelem Medarexu.

Totéž lze obecně říci o monoklonálních protilátkách, které jsou uprostřed pozoruhodného oživení. Technologie na výrobu monoklonálních protilátek konečně dospěly a samotné léky jsou znovu nabízeny jako potenciální léky nebo léčebné postupy pro celé spektrum lidských nemocí.

Od roku 1997 FDA schválila 10 léků s monoklonálními protilátkami, které tvoří čtvrtinu všech biotechnologických léků na trhu, s celkovým obratem přesahujícím miliardu dolarů ročně. A možná ještě výmluvnější je, že každý pátý biotechnologický lék ve vývoji je monoklonální protilátka. Dokonce i biotechnologický gigant Genentech, společnost z jižního San Francisca, CA, založená s cílem vyrábět enzymové a hormonální léky, nyní nachází monoklonální protilátky, které plní polovinu jeho vývojového potrubí.

Příběh monoklonálních protilátek je skutečně více než pohádka; je to lekce o hodnotách vytrvalosti a trpělivosti. Když jsme před deseti lety začínali s monoklonálními protilátkami, převládalo v biotechnologiích: Byl jsem tam, udělal jsem to, nefungovalo to,“ říká Paul Carter, výzkumník společnosti Immunex se sídlem v Seattlu, který v roce 1990 pomohl zahájit výzkum monoklonálních protilátek společnosti Genentech. Nyní se všichni a jejich pes chtějí dostat do protilátek.

Cizí vetřelci

Jak se monoklonální protilátky vracejí na scénu, nikdo už netvrdí, že jde o zázračné léky. Poté, co prošly cyklem svatého grálu ke sprostým slovům, říká biotechnologická analytička Lehman Brothers Rachel Lehenyová, monoklonální protilátky se staly fungující technologií se zavedeným souborem silných a slabých stránek.

Monoklonální protilátky jsou navrženy imunitním systémem tak, aby se vázaly pouze na specifické cílové molekuly, díky čemuž jsou mnohem přesnější než typické léky s malou molekulou, relativně jednoduché sloučeniny, které byly základem farmaceutického průmyslu. A na rozdíl od jiných proteinových terapeutik, která mohou aktivovat nebo blokovat pouze jeden specifický biologický proces, monoklonální protilátky mohou být vyvinuty pro jakýkoli cílový protein nebo typ buňky, který si lze představit. Tato kombinace vestavěné přesnosti a flexibility může znamenat rychlejší vývoj a nižší toxicitu. Riziko, že potenciální protilátkový lék selže v klinických studiích kvůli nežádoucím vedlejším účinkům, je podstatně menší než u malých molekul.

Pravděpodobnost úspěchu je mnohem vyšší a časový průběh jejich vývoje je mnohem rychlejší, říká Geoff Davis, hlavní vědecký ředitel Abgenix, lékové společnosti se sídlem ve Fremontu v Kalifornii. Vezmeme-li v úvahu, že farmaceutické společnosti nyní vynakládají v průměru 15 let a 800 milionů dolarů na uvedení nového léku na trh, úspora několika let ve vývoji a snížení rizika selhání léku v klinických studiích se může promítnout do obrovského zisku.

Nejnovější podpora oživení monoklonálních protilátek pochází ze sekvenování lidského genomu a rozvíjejícího se genomického průmyslu. Najednou jsou farmaceutičtí a biotechnologickí výzkumníci zaplaveni geny, z nichž jsou desítky tisíc, z nichž mnohé mohou být cennými cíli léků. Výsledkem je mentalita zlaté horečky, protože výzkumníci závodí v tom, které z těchto genů a jejich doprovodných proteinů jsou nejlepšími cíli pro inhibici chorobných procesů. Zde monoklonální protilátky – v masce laboratorních nástrojů, které se navážou na specifické proteiny a vyřadí je z akce – představují jeden z nejrychlejších způsobů, jak na tyto otázky odpovědět. A jakmile se podaří najít životaschopný cíl, nízké riziko a přesné zacílení monoklonálních látek z nich může udělat ty nejsnáze dostupné léky proti němu. Šli přímo na honičku, říká Carter z Immunexu.

Předmětem pronásledování, protilátky samotné, jsou proteiny ve tvaru Y, které tvoří první obrannou linii imunitního systému. Navážou se na cokoli, co imunitní systém shledá neznámým, a tudíž potenciálně nebezpečným – řekněme bakterie nebo virus – a pak se pevně drží a vyvolají celou škálu sil imunitního systému k neutralizaci nebo zničení cíle. (vidět Mobilizace imunity ) .

V průběhu života lidské tělo vytvoří zhruba 100 miliard různých protilátek. V každém případě je báze Y prakticky identická; ramena Y se liší od protilátky k protilátce, což poskytuje obrovskou variabilitu, která maximalizuje možnost, že imunitní systém zaznamená téměř každého myslitelného vetřelce.

Vědci si již dlouho představovali indukci protilátek k léčbě nebo léčbě nemocí, které imunitní systém buď ignoruje, jako je rakovina, nebo způsobuje, jako je revmatoidní artritida, lupus a další autoimunitní onemocnění. Biologové po desetiletí věděli, že pokud imunizujete myš lidskou rakovinnou buňkou nebo dokonce jediným proteinem z takové buňky, myš zareaguje generováním vlastních protilátek, aby bojovala s cizineckým off-in efektem, protirakovinnou protilátkou. Pokud aplikujete stejnou rakovinovou buňku znovu a znovu a znovu, vaše myš bude generovat protilátky skvěle specializované na cílení na rakovinné buňky, které do ní vložíte.

Ilustrace John MacNeill

Nežádoucí účinky

V roce 1975 Csar Milstein a Georges Khler, imunologové z Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology v Cambridge, Anglie, vyvinuli technologii pro hromadnou výrobu takových protilátek a v tomto procesu zahájili průmysl. Khler a Milstein spojili buňky produkující protilátky z myší, známé jako B lymfocyty, s nádorovými buňkami, které udrží tyto B buňky navždy při životě v laboratoři.

V těle nezralé B buňky sídlí v kostní dřeni a obsahují kompletní komplement genových segmentů, které kódují protilátky. Jak buňky dozrávají a migrují do krevního řečiště, segmenty procházejí přeskupením, takže každá zralá B buňka vytváří pouze jeden typ protilátky – monoklonální protilátku. (vidět Geny proti protilátkám ) . Každá z buněčných linií Khlera a Milsteina by pumpovala nepřerušovanou zásobu jediné monoklonální protilátky v závislosti na B buňce, ze které vzešla. V roce 1984 jejich objev vynesl dvojici podíl na Nobelově ceně za medicínu, do té doby se na technologii snažilo vydělat zhruba tisíc společností. Většina z nich by selhala.

Problém spočíval ve zdrojích protilátek, které byly v té době k dispozici. Protilátky bylo možné získat imunizací myší, jako je tomu u Raritanu, Ortho Biotech’s Orthoclone na bázi NJ, který byl navržen pro boj s odmítnutím transplantovaného orgánu a prvním protilátkovým lékem schváleným FDA. (Ortho Biotech je dceřinou společností Johnson and Johnson od roku 1990.) Nebo je lze získat přímo z lidských obětí konkrétní nemoci, jako je tomu u Centocor’s Centoxin.

Háček byl v tom, že myší protilátky nejsou lidské. Lidský imunitní systém je stále považuje za cizorodé a dělá, co je v jeho silách, aby s nimi bojoval mimo reakci známou jako reakce lidských protilátek proti myším, která nejenže ničí protilátky, ale může vést k selhání ledvin a smrti.

Když v roce 1986 přišel na trh Orthoclone, farmaceutický průmysl najednou zjistil, jak špatná může být odezva. Zatímco většina příjemců byla v pořádku (a ve skutečnosti se Orthoclone stále používá), někteří pacienti měli vážné reakce. Zde byl lék, který byl speciálně navržen k potlačení imunitního systému, a stále jste dostali silnou odpověď, říká Lonberg.

Pokud jde o protilátky získané přímo od lidských pacientů, jednoduše se nevážou na své cíle dostatečně pevně, aby zastavily onemocnění – nebo alespoň tak tomu bylo v případě Centoxinu, což je důvod, proč jeho vysoce medializované klinické studie selhaly.

Selhání Centoxinu, říká Lonberg, způsobilo, že všichni, přinejmenším na Wall Street a ve velkých farmaceutických společnostech, rozhodili zoufale rukama s protilátkami a odešli. Eli Lilly byla klasickým příkladem. Lilly koupila Hybritech, původní společnost vyrábějící monoklonální protilátky, v roce 1986 za téměř 500 milionů dolarů. Poté, co společnost Hybritech vybudovala až 1400 zaměstnanců, Lilly v roce 1995 po Centoxinu společnost prodala jen za zlomek toho, co za ni zaplatila.

Ilustrace John MacNeill

Získání zdraví

To už však byla spása na cestě. Přišel v podobě protilátek, které byly podstatně méně myšího a stále více lidského původu a funkce. Výzkumníci začali vyvíjet metody k vytvoření těchto směsí v polovině 80. let a technologie teprve začínaly přinášet ovoce v době, kdy Lilly rezignovala na Hybritech. První byly chimérické protilátky, zkonstruované již v roce 1984 spojením genu, který generuje konstantní oblast lidské protilátky, základu Y, s geny, které generují variabilní oblasti myších protilátek, vnější ramena Y. chiméra je asi třetina myši a dvě třetiny člověka. Stále se pevně váže na cíl, pro který byl navržen, a přitom se vyhýbá velké části lidské antimyší protilátkové odpovědi.

Další z výzkumné laboratoře byly humanizované protilátky. Zatímco chimérické látky byly z jedné třetiny myší, humanizované protilátky byly méně než desetina. Z myši pocházely pouze samotné konce ramen protilátky Y, právě ta část variabilní oblasti, která se váže přímo na její cíl. Vše ostatní bylo lidské. Ale byl tu problém: když byly hroty myší protilátky geneticky naroubovány na lidskou kostru, protilátka často nebyla schopna dostatečně pevně uchopit svůj cíl.

Cary Queen, matematik, který se stal biologem a poté pracoval v National Institutes of Health, vytvořil algoritmus, který analyzoval shodu mezi hroty myši a lidským rámcem a poté zjistil, které molekuly v lidském rámci by musely být upraveny a o kolik. , aby oblast myši zůstala pohodlně sedět na pažích Y a pevně se přivázala ke svému cíli. Společnost Queen patentovala technologii a v roce 1986 spoluzaložila laboratoř Protein Design Labs ve Fremontu, CA, aby humanizovala protilátky pro svůj vlastní obchod s drogami a pro kohokoli jiného, ​​kdo by mohl využít jejích služeb.

Mezi chimérickou a humanizační technologií se na trh začaly dostávat protilátkové léky a oživení průmyslu nabralo na obrátkách. V roce 1994 FDA schválila první monoklonální protilátkový lék od roku 1986, lék Centocor s chimérickými protilátkami k inhibici srážení krve po kardiovaskulární operaci. (Johnson a Johnson získali Centocor v roce 1999.) Agentura pak v roce 1997 schválila tři další léky s monoklonálními protilátkami – včetně Idec Pharmaceuticals se sídlem v San Diegu a chimérického Rituxanu od Genentech pro non-Hodgkinův lymfom.

Humanizovaný Herceptin od Rituxan a Genentech, schválený následující rok pro rakovinu prsu, mohl sám o sobě posunout byznys s protilátkami zpět do fáze rozmachu, jednoduše proto, že to byly protirakovinné terapie a tak alespoň skromně naplňovaly jeden aspekt humbuku z poloviny osmdesátých let. V každém případě následovalo v roce 1998 schválení dalších pěti monoklonálních protilátek a od té doby další čtyři. V současné době je v klinických studiích téměř 50 humanizovaných protilátek, které se zaměřují na celé spektrum lidských onemocnění od psoriázy po srdeční choroby a rakovinu.

Kozí lék

Ale to je jen začátek, protože plně lidské protilátky nyní zasahují do farmaceutických kanálů. Existují dva způsoby, jak tyto léky vyvinout. V první vědci odstraní kompletní komplement protilátkových genů z lidských B buněk a transplantují je do bakteriálně specifických virů známých jako fágy. Viry okamžitě generují vhodné protilátky z nově získaných genů a poté zobrazují protilátky na svém povrchu – jedna protilátka na fág.

Nyní dáme všechny tyto fágy do zkumavky, vysvětluje David Chiswell, spoluzakladatel Cambridge Antibody Technology v Cambridge v Anglii. Kdykoli chceme protilátky proti určitému cíli, v podstatě ponoříme cíl do zkumavky – což lze považovat za knihovnu protilátek – a napojíme právě tu podskupinu 100 miliard protilátek, které se náhodou vážou specificky na cíl.

Metodou číslo dvě je transgenní myš s lidským imunitním systémem – původní Lonbergův sen v Medarexu, o který se také usiloval konkurent Abgenix. Vložte cílovou molekulu do takové myši a získáte lidskou protilátku – žádná lidská antimyší protilátková odpověď, o kterou byste se měli starat. Aby vytvořili myši, vědci naklonovali genové segmenty odpovědné za tvorbu milionů možných lidských protilátek, vložili je všechny do myších embryonálních kmenových buněk a vypěstovali myši do dospělosti. Byla to výzva, říká Davis z Abgenix, protože nikdo nikdy nevložil tolik DNA do transgenní myši. Museli také deaktivovat geny, které produkovaly myší protilátky, což se jim podařilo v jiné sadě myší, a poté spojili obě linie dohromady.

Zatímco transgenní myši jsou nejnovější protilátkovou technologií, která přichází na trh, je stále otevřenou otázkou, zda jsou skutečně lepší než kterákoli z jiných technik pro generování nových protilátkových léků. Všechny tyto technologie pravděpodobně produkují protilátky, které se při použití u lidí budou chovat v podstatě identicky, říká Robert Kirkman, viceprezident Protein Design Labs pro rozvoj podnikání. Jak získáte nejlepší protilátku proti danému cíli, je konečná otázka. A to pravděpodobně nebude vždy stejná technologie.

Bez ohledu na to, která technologie nakonec vládne oboru, lze s jistotou říci, že protilátky budou hrát obrovskou roli v genomice a v biotechnologickém průmyslu. Když nic jiného, ​​říká Lonberg, uvedení léku s monoklonálními protilátkami na trh může farmaceutickým společnostem poskytnout způsob, jak se vypořádat s nemocemi, zatímco stráví další roky nutné snahou vyvinout malou molekulu, která bude dělat stejný úkol.

Výrobci léků sledují tuto samostatnou cestu, protože monoklonální protilátky mají ve srovnání s léky s malou molekulou stále dvě vážné nevýhody. Jedním z nich je, že jsou to velké proteiny. To znamená, že se musí podávat spíše intravenózně než ve formě pilulek, takže nebudou žvýkat v trávicím systému – ačkoli vědci doufají, že tento problém brzy vyřeší. (Druhou stranou je, že v lidském těle vydrží podstatně déle, což znamená, že je lze podávat možná jednou za měsíc, spíše než jednou denně.) A za druhé, že jejich výroba je nákladná.

Žádná z metod používaných k vytvoření chimérických, humanizovaných nebo plně lidských protilátek nemůže produkovat protilátky v komerčních množstvích. V současné době vyrábějí společnosti protilátkové léky tak, že nejprve vloží gen pro specifickou protilátku do buněk odebraných z vaječníků křečků a poté tyto buňky pěstují po bilionech buněk v obrovských kádích prostřednictvím fermentačního procesu ne nepodobného tomu, který se používá při výrobě piva.

Buňky v každé kádi pak vylučují jeden typ protilátky, kterou lze každých několik měsíců získat z okolní tekutiny. Tento proces je však drahý, takže výzkumníci hledají dramatická biotechnologická řešení, aby dosáhli stejného úkolu. Zejména vytvářejí geneticky upravené ovoce a zeleninu – řekněme kukuřici, vojtěšku nebo banány – nabité požadovanými protilátkami, nebo dokonce transgenní zvířata, která slouží jako živé továrny na monoklonální protilátky.

Někde v centrálním Massachusetts je zařízení na výrobu biofarmak postavené společností Genzyme Transgenics. I když společnost nerada říká, kde přesně to je, říká, že vypadá hodně jako jakákoli jiná farma – kromě asi 2 000 rezidentních koz, které byly geneticky upraveny pomocí lidských genů k expresi monoklonálních protilátek nebo jiných velkých proteinů. drogy v jejich mléce.

Podle Jacka Greena, finančního ředitele Genzyme Transgenics, několik koz produkujících monoklonální zvířata, které kojí po dobu jednoho roku, může dosáhnout produktivity celé fermentační kádě s křeččími buňkami. A kozy přicházejí s vestavěnou výhodou, že pokud má droga najednou větší trh, než se očekávalo, nemusíte financovat celou novou nádobu v ceně několika set milionů dolarů: prostě chováte více koz. Generační doba pro novou kozu je sedm měsíců do pohlavní dospělosti, říká Green, takže za rok se můžete dostat k libovolnému počtu koz a libovolnému rozsahu produkce, po kterém toužíte.

Po čtvrtstoletí bojů přežily monoklonální protilátky a staly se vyspělou a vzrušující technologií. A skeptici jsou dávno pryč. Otázkou nyní je, jak velké části medicíny 21. století budou tyto pozoruhodné molekuly dominovat. Najednou to všechno vypadá jako skutečné, říká Lonberg.

Monoklonální protilátky již nejsou něčí fantazií.

Protilátky v útoku

Společnost Léková/cílová nemoc Etapa Ortho Biotech (Raritan, NJ) Orthoclone /Odmítnutí transplantátu srdce, jater a ledvin Schváleno v červnu 1986 Centocor (Malvern, PA)/
Eli Lilly (Indianapolis, IN) ReoPro /Koagulace po kardiovaskulární chirurgii Schváleno v prosinci 1994 Genentech (South San Francisco, CA) /
Idec Pharmaceuticals (San Diego, CA) Rituxan /Non-Hodgkinův lymfom Schváleno v listopadu 1997 Centocor Remicade /Crohnova choroba, revmatoidní artritida Schváleno v srpnu 1998 Genentech Herceptin /Metastatická rakovina prsu Schváleno v září 1998 Millennium Pharmaceuticals (Cambridge, MA) Camppath /Chronická lymfocytární leukémie
Camppath /Roztroušená skleróza Schváleno v květnu 2001
Fáze II klinických studií Systémy ImClone (New York, NY) Erbitux /Různé druhy rakoviny Fáze II a III klinických studií Abgenix (Fremont, CA) ABX-CBL /Rejekce transplantátu Klinické studie fáze II/III Tanox (Houston, TX) AD-439 /HIV, AIDS Fáze II klinických studií GlaxoSmithKline (Middlesex, Spojené království) SB-240563 /Astma, alergie Fáze II klinických studií Medarex (Princeton, NJ) MDX-010 /Maligní melanom, rakovina prostaty I. fáze klinických studií BioTransplant (Charlestown, MA) AlloMune /Non-Hodgkinův lymfom, Hodgkinova choroba Fáze I klinických studií

skrýt