Monoklonale Antikörper – Definition, Nutzen und Anwendung

Etwa 160 monoklonale Antikörper (mAbs) wurden von den Zulassungsbehörden weltweit zugelassen, davon 112 in den USA und 114 in der EU.(1) Diese Proteintherapien sind als wirksame Behandlungen für Krebs und verschiedene Leiden wie Migräne, Multiple Sklerose, rheumatoide Arthritis und Morbus Crohn anerkannt.(2) Aber was genau sind monoklonale Antikörper und wie werden sie charakterisiert?

Was sind monoklonale Antikörper?
Kurze Definition und Klassen

Monoklonale Antikörper sind im Labor hergestellte Antikörper, die die Fähigkeit des Immunsystems zur Bekämpfung von Krankheitserregern nachahmen sollen.(2) Monoklonale Antikörper enthalten eine spezielle Bindungsstelle (Fab), die für die präzise Ausrichtung auf ein bestimmtes Antigen, ein Molekül, das eine Immunantwort auslöst, verantwortlich ist. Die Identifizierung dieser Bindungsstelle, des Epitops, ist der Schlüssel zur Entwicklung von therapeutischen monoklonalen Antikörpern.

Monoklonale Antikörper werden nach dem Anteil der menschlichen Aminosäuresequenzen in vier Typen unterteilt. Außerdem gibt es fünf Immunglobulinklassen: IgG, IgA, IgD, IgE und IgM, die sich durch ihre schwere Kette unterscheiden. Diese Proteine sind dafür bekannt, dass sie posttranslationale Modifikationen (PTM) wie Glykosylierungen aufweisen, was für ihre Wirksamkeit entscheidend ist.

Wie werden monoklonale Antikörper hergestellt?

Die Herstellungsverfahren für Biopharmazeutika haben sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt. Frühere Methoden konzentrierten sich auf die Extraktion und Reinigung aus natürlichen Quellen. Heutige Methoden sind präziser und beginnen mit der Identifizierung, Isolierung und Expression des betreffenden Gens.(3) Der Produktionsprozess kann in zwei Stufen unterteilt werden: Upstream und Downstream, aber vor diesen Schritten und der kommerziellen Herstellung wird viel Zeit auf die Bewertung der Entwicklungsfähigkeit, die Charakterisierung und die Prozessentwicklung verwendet.

Der vorgelagerte Prozess erstreckt sich bei einem Batch- oder Fed-Batch-Bioreaktor über einen Zeitraum von etwa 2 bis 3 Wochen, ausgehend von geeigneten Zellen, die Inokulationsphase und schließlich die Produktion in einem Bioreaktor. Eine typische Bioreaktorkampagne dauert ~2 Wochen bei einem Fed-Batch- oder Batch-Prozess oder länger, wenn eine kontinuierliche Verarbeitung eingesetzt wird. Die Verfahrenstechniker überwachen den Bioreaktor genau, um eine Zellviabilität von mindestens 70 % aufrechtzuerhalten, damit die Ausbeute erhalten bleibt und Verunreinigungen, die von geschädigten Zellen freigesetzt werden, minimiert werden. Während der vorgelagerten Produktion werden einige wichtige Produktattribute überwacht, darunter die Anzahl der lebensfähigen Zellen, die relevanten Bestandteile der Zellkulturmedien, der Titer und kritische Prozessparameter. Hierzu zählen z.B. der pH-Wert, sich entwickelnde Gase und die Temperatur.

Der nachgeschaltete Prozess konzentriert sich auf die Herstellung des Endprodukts. Er beginnt mit der Klärung, gefolgt von der Inaktivierung, der Reinigung und „Polishing“, der viralen Clearance, der Konzentration des Produkts, der endgültigen Formulierung, der Sterilfiltration, der Abfüllung und schließlich der Freigabe der Charge. Zwischen diesen Schritten werden die Proben gesammelt und in einem Analyselabor auf Titer, Aggregation, Reinheit, das Vorhandensein von Proteasen untersucht sowie die Identität überprüft. Die Überprüfung von posttranslationalen Modifikationen (PTM) wie Ladungsvarianten und Glykosylierung ist von besonderem Interesse, da sie die Wirksamkeit und Sicherheit des Endprodukts erheblich beeinflussen können. Jede Einrichtung unterscheidet sich darin, was zwischen den einzelnen Schritten überwacht wird, wobei viele, wenn nicht alle der aufgeführten Attribute in den QC-Labors durchgeführt werden, die sich auf Sicherheit, Wirksamkeit, Integrität und Reinheit konzentrieren.

Welche Lösungen bietet Waters | Wyatt im Zusammenhang mit monoklonalen Antikörpern an, und wie können Sie davon profitieren?

Um wirksame Therapien mit monoklonalen Antikörpern herzustellen, müssen deren Eigenschaften genau analysiert werden. Die Vorteile des Einsatzes der dynamischen Lichtstreuung (DLS) und der Mehrwinkel-Lichtstreuung (MALS) in Verbindung mit Trenntechnologien wie der Größenausschlusschromatographie (SEC) und der Feldflussfraktionierung (FFF) lassen sich in die folgenden Hauptpunkte unterteilen:

1. Umfassende Charakterisierung der Identität: SEC-MALS (DAWN™ MALS-Instrument) ermöglicht die absolute Bestimmung von Eigenschaften wie Molmasse, Größe und Konformation, selbst für komplexe glykosylierte monoklonale Antikörper. Es kann auch Wirkstoff-Antikörper-Verhältnisse für Antikörper-Wirkstoff-Konjugate (ADC) und Antikörper-Oligonukleotid-Konjugate (AOC) liefern.
2. Verbesserte Separation: FFF-MALS (Eclipse™ FFF Instrument mit MALS) zeichnet sich durch die Charakterisierung größerer Proteinaggregate aus und eignet sich gut für die Analyse großer komplexer Proben wie IgM.
3. Formulierungsentwicklung: DLS mit hohem Durchsatz (DynaPro™ Plate Reader) bietet ein umfassendes Stabilitätsscreening, einschließlich Aggregation und thermischer Stabilität, während elektrophoretische Lichtstreuung (ELS, DynaPro ZetaStar™ DLS Instrument) die molekulare Ladung und Trübung bewertet.
4. Viskosität und Wechselwirkungen: Techniken wie CG-MALS liefern die Kinetik der Antikörper-Antigen-Bindung und unterscheiden zwischen anziehenden und abstoßenden Wechselwirkungen (A2, B22), die sich auf die Stabilität auswirken, während DLS die Viskosität bewertet, die für die Optimierung hochkonzentrierter Formulierungen unerlässlich ist.
5. Prozess-Optimierung: Lichtstreumessungen unterstützen die Prozessentwicklung durch die Bestimmung von Reinigungsendpunkten in nachgeschalteten Prozessen (ultraDAWN™ MALS-Instrument) und erleichtern das Stabilitätsscreening im Hochdurchsatz für optimale Prozessbedingungen (DynaPro Plate Reader DLS).
6. Aggregations- und Partikelanalyse: Lichtstreuungstechniken bieten anerkanntermaßen eine robuste Analyse von Aggregaten und Partikelkonzentrationen, die für die Einreichung von Zulassungsanträgen entscheidend sind.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Lichtstreuungstechnologien für eine umfassende Charakterisierung unverzichtbar sind und die biopharmazeutische Entwicklung und Zulassung erleichtern.

Referenzen:

1. Lyu X, Zhao Q, Hui J, Wang T, Lin M, Wang K, Zhang J, Shentu J, Dalby PA, Zhang H, Liu B. The global landscape of approved antibody therapies. Antib Ther. 2022 Sep 6;5(4):233-257. doi: 10.1093/abt/tbac021. PMID: 36213257; PMCID: PMC9535261
2. Lu, RM., Hwang, YC., Liu, IJ. et al. Development of therapeutic antibodies for the treatment of diseases. J Biomed Sci 27, 1 (2020). https://doi.org/10.1186/s12929-019-0592-z
3. Biopharmaceutical Processing: Development, Design and Implementation of Manufacturing Processes, Edited by Jagschies, Lindskog, Lacki, and Galliher. Copyright © 2018 Elsevier Ltd. All rights reserved. https://doi.org/10.1016/C2014-0-01092-1