Platforms and strategies harnessing signaling pathways of multifactorial diseases by multispecific antibodies

QC 2023-05-03

Abstract

Sammanfattning [SV]

Proteiner styr en mängd biologiska funktioner som är avgörande för att upprätthålla liv. Förmågan att motstå utveckling av sjukdomar och att aktivera ett försvar mot främmande patogener tillskrivs immunsystemets underverk och de proteiner och celler som det består av. Antikroppar står utan tvekan som en av de viktigaste proteinklasserna involverade i att skapa immunitet, genom att känna igen och binda med en viss affinitet till patogen samt utöva deras specialiserade biologiska funktioner. Den exponentiella tillväxten av rationellt konstruerade antikroppar har de senaste tre decennierna inlett en tid av målinriktad terapi för att hantera komplexa sjukdomar med en mer fördelaktig effektivitet och säkerhetsprofil. Men en rad av dessa sjukdomar styrs av multifaktoriella variabler, ofta i samspel med varandra, vilket kräver en mer breddad behandlings strategi. Därför har betydande ansträngningar investerats i konstruktionen av antikroppar, som expanderar bortom en enda specificitet till bi- eller multispecifika molekyler som kan känna igen mer än ett antigen inom en och samma molekyl. Detta öppnar upp för en mängd funktioner en multispecifik antikropp skulle kunna utföra. Den ökade komplexiteten av dessa syntetiska molekyler åtföljs av utvecklingsutmaningar relaterade till optimal design mellan de två eller flera bindnings-specificiteterna för att uppnå avsedd effekt i en viss sjukdoms biologiska kontext. Dessutom har utvecklingsprofilen för multispecifika affinitetsproteiner med avseende på produktutbyte och kvalitet länge hämmat den verkliga översättningsförmågan hos dessa nya läkemedelskandidater i en klinisk och industriell miljö. Den här presenterade avhandlingen syftar till att belysa vikten av en harmoniserad läkemedelsutvecklings-pipeline som tar hänsyn till ovannämnda utmaningar och introducerar verktygslådor, plattformar och arbetsflöden för att utvärdera och optimera en mängd olika bispecifika läkemedelsformat. Dessutom utforskade vi fyra unika bispecifika antikroppar som utför olika funktioner rationellt skräddarsydda med avseende på att rikta sig på komplexa sjukdomar inom området autoimmuna sjukdomar och onkologi. 

Den första bispecifika molekylen som utvecklats häri presenterad i artikel I, syftar till att adressera det komplexa sjukdomstillståndet i SLE från flera fronter, genom ett dubbelt blockerande verkningssätt riktat mot två sjukdomsrelaterade ligander som driver sjukdomsprogression. Ett optimerat bispecifikt AffiMab-format valt efter utvärdering av flera kandidater i molekylära och in vitro-system testades i ex vivo helblods-analyser som uppvisade en signifikant effekt av den dubbla blockerings- strategin genom att påverka nivåerna av båda mål ligander i ett representativt SLE- v modellsystem. Sammanfattningsvis, besitter molekylen förmågan att adressera två kritiska signal vägar i SLE för att avlasta den inflammatoriska processen. I artikel II utvecklades ett nytt bispecifikt format som kan leverera lastantigen till antigen- presenterande celler på ett modulärt sätt. Dessutom utövar den bispecifika antikroppen agonistisk nedströms-signalering av målceller via CD40-engagemang, vilket synergistiskt initierar immuncells-aktivering samtidigt som last-antigenet levereras till den aktiverade målcellen. Leveransen är baserad på en affinitets- interaktion mellan en statisk peptid-sträcka syntetiserad med en antigen-peptid sekvens och ett sekundärt affinitets protein fäst till strukturen av en CD40 inriktad agonistisk antikropp. Användning av den etablerade plattformen (ADAC) möjliggjorde leverans av last-antigen strikt beroende på affinitets-interaktionen, vilket inducerade ett anti-tumörsvar genom expansion av antigen-specifika CD8+ T- celler demonstrerat i en in vivo tumör djur-modell. 

I artikel III utforskar vi en dubbel blockerings-strategi av två cancer relaterade receptorer (HER2 och EGFR) med hjälp av bispecifika AffiMabs. Bispecifikernas visade en signifikant bättre effekt i termer av cytotoxisk effekt i en in vitro cell- baserad analys jämfört med kombinationsbehandlingen med de två monospecifika molekylerna riktade mot respektive antigen. Vilket indikerar en potentiell synergistisk effekt med det bispecifika formatet. Emellertid måste effekten av molekylen och dess potentiell nytta jämfört med den monospecifika eller kombinationsbehandlingen utvärderas ytterligare in vivo. Artikel IV syftade till att utnyttja CD40-dendritiska cell aktiverings-axeln med hjälp av en bispecifik immuncell-engagerande AffiMab, som styr CD40-medierad aktivering beroende på engagemanget med ett stroma-antigen upp-reglerat i tumörmikromiljön, trombocyt- tillväxtfaktor-receptor β (PDGFRβ). AffiMaben uppvisade dess avsedda verkningssättet i in vitro cell-baserade analyser, och med antigen-presenterande celler och B-celler isolerade från blod donerat från en frisk donator, även om utrymme för formatoptimering bör beaktas. Studien kräver ytterligare undersökning i lämpliga in vivo-modeller för behandling av solida tumörer. 

I artikel V utvecklade vi en modulär plattform för att finjustera proteinuttryck i däggdjursceller genom användning av ett modulärt genetiskt verktyg, här myntad som regulatoriska element (RgEs), med hypotesen att "less is more" där ett balanserat uttryck av ett proteins sub-enheter visade sig vara av större betydelse än en maximal uttrycksgrad av varje komponent för att erhålla en korrekt sammansatt proteinprodukt i höga mängder. Den utvecklade verktygslådan rymmer möjligheten vi för mångfacetterade tillämpningar, och utökades i artikel VI till att användas vid etablering av ett in vitro-odlingssystem för att finjustera receptor-densiteter på cellytan av en definierad cellinje. Applikationens slutanvändning skulle fungera som en integrerande del i en läkemedels utvärderings-pipeline av bispecifika immuncell- engagerare för tidig utvärdering och rangordning av format och påverkan av tillgången till mål-antigenet och dess påverkar på funktionaliteten hos utvärderade format. 

Sammanfattningsvis, det häri presenterade arbetet, explorativt utvärderade behandlingsformer, design, format och produktions utvärdering av bispecifika molekyler för att möta både utmaningar när det gäller att uppnå avsedd effekt men lika viktigt lösningar för att förbättra och utvärdera produkttillverkning av dessa komplexa molekyler tidigt i läkemedelsutvecklings-pipelinen. 

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-326456