生物制药的翻译后修饰

生物制药的增长市场¹在确保产品质量和安全性方面为药物开发人员和制造商带来了新的挑战，其中大部分可以归因于翻译后修改（PTMS）引起的产品可变性。

大多数生物学药物是蛋白质，大多数蛋白质经过某种形式的翻译后修饰（PTMS），在被mRNA分子翻译后。最常见的PTM包括糖基化，氧化和脱氨酸，但是PTM有许多不同类型的PTM，并且可以在影响生物活性，半衰期和免疫原性的蛋白质中发生。²因此，表征PTM模式是生物制药开发和生产的复杂且耗时的一部分。

基于抗体的药物开发中的PTM

鉴于目前正在投资于免疫疗法研究的巨大努力，了解PTM对基于抗体的药物的影响是研究的重中之重也就不足为奇了。PTM，尤其是糖基化，可以对抗体的效力和免疫原性产生广泛的影响 - 影响其功能和清除率。

美国国家标准技术研究所（NIST）的研究化学家约翰·席尔（John Schiel）博士说：“不同的PTM会影响药物的不同功能属性。”他研究了抗体中PTM的新方法。Schiel解释说：“例如，抗体药物的糖基化会影响其被吞没并储存的能力，从而影响体内药物的寿命。”“也有某些形式的聚糖在募集免疫系统细胞与癌细胞结合方面表现出色，它们可以影响抗体药物本身的FC效应功能，例如介导抗体依赖性细胞毒性。”

Schiel说，目前使用了大约30种不同分析测定的工具箱来表征生物制药，其中一些有关PTM的信息。“目前的最新技术是使用液相色谱 - 质谱法（LC-MS）肽映射，在早期药物开发过程中进行，以深入挖掘产品并了解其中的PTM，它们如何影响结构功能，并开始了解PTM的水平。”

该信息可以与稍后执行的质量控制（QC）测定相结合，以给出样本中PTM的全局想法，但是当前的QC分析并未告诉您PTM的确切位置。Schiel说：“一个很好的例子是阳离子交换色谱法。”“这会产生一个峰值，该峰是具有PTM的主要化合物和侧峰。侧峰都浮出水面，很难说出哪个PTM的峰值。”现在的目标是将最新的肽映射技术调整到QC环境中，该技术称为多属性方法（MAM）。³“我们试图在特定肽上设置参数，并具有更多的“属性特定”控件，以常规监视每个药物中特定位置实际上存在多少PTM。透明

NIST研究引起的工具包中的另一个重要资产是标准化的单克隆抗体支持开发基于抗体的药物的研究人员。NISTMAB于2016年发行，是一种生物药物级IgG1单克隆抗体。Schiel解释说：“我们已经对其进行了全面的特征，并使其公开可用。”“它使研究人员可以使用单一标准抗体开发新的分析技术或评估其现有PTM表征方法的鲁棒性。”

PTM对生物治疗配方的影响

伦敦大学学院的生物化学工程和生物技术教授保罗·达比（Paul Dalby）说，主要挑战之一是建立如何减轻生物治疗学早期制定过程中PTM的变化。他的实验室正在研究更好的方法，以可靠地预测临床发育之前的蛋白质药物的稳定性。

“行业中使用的当前方法是使用“加速降解”，您将药物暴露于极端 - 高温，摇动，紫外线 - 并查看发生的降解类型以及发生的速度。然后，您将其推断出来，以预测该药物在架子上的表现。” Dalby解释说。

这可能足以使您的初始试验进行工作配方，但是尽管一阶段研究正在进行，但开发人员还将在其保质期间以其拟议的存储温度孵化该配方。这告诉您您的配方是否真的很好。达比说：“那你做出了艰难的决定，如果您的配方还不够好，您会回去重新格式化吗？还是为您的产品设定了更短的保质期？”在某些情况下，有必要对临床试验进行重新调整和完整的桥接研究，以表明该产品一旦上市就可以了。

达比说，加速降解研究的问题之一是，它们倾向于与保质期相关，因为在相对较高的温度下孵育会引起与低温下发生的蛋白质修饰。他的小组开发了新的光谱法，可以更好地可靠地预测蛋白质产物的变化。

“假设在高压力条件下的三个月孵育期间，您的技术可以用PTM拾取100个蛋白质中的一种。如果您有一种可以用PTM拾取1000个蛋白质的技术，那么您就无需在这种极端条件下孵化它。我们的方法是尝试提高PTM的检测敏感性，以便您可以在较低的压力下检测变化，这更代表了该药物的预期储存和使用。”

生物制药开发方面的挑战日益严格

随着生物制药继续提供以前棘手的疾病的巨大希望，有可能向患者进行个性化，从而找到新的表征，控制甚至预测的生物学特性变异的方法至关重要。映射和测量PTM的水平已经是早期生物药物开发的关键组成部分，但现在必须开始进入QC过程。可以轻松表征具有高灵敏度的PTM的新技术将是药物开发人员工具包的重要组成部分。

参考：

1. Mordor Intelligence，2019年2月。生物制药市场 - 增长，趋势和预测（2019-2024）。[在线]可用：https://www.mordintelligence.com/industry-reports/global-biopharmaceuticals-market-industry
2. Li W，Kerwin JL，Schiel J等。（2015）单克隆抗体中翻译后修饰的结构阐明。在：用于治疗性单克隆抗体表征的最新技术和新兴技术第2卷。生物制药表征：Nistmab案例研究。第3章，第119–183页。ACS研讨会系列，卷。1201 doi：10.1021/bk-2015-1201.ch003
3. Rogers R，Abernathy M，Richardson D等。查看多属性方法对测量生物制药纯度和改善总体控制策略的重要性。AAPS期刊2018;20：7 doi：10.1208/s12248-017-0168-3