Odrodzenie przeciwciał przeciw lekom

W tym nowym świecie, często nieokiełznanego pesymizmu, warto zauważyć, że nikt nigdy nie gwarantował, że będziesz mógł zarabiać na życie, nie mówiąc już o dobrym, przesuwając granice technologii. Weźmy na przykład Nilsa Lonberga. Lonberg porównuje historię swojej firmy do historii Śpiącej Królewny, ale jego analogia nie jest precyzyjna. W końcu Śpiąca Królewna miała szczęście, że przeżyła swoją gehennę. Lonberg i jego koledzy byli całkowicie rozbudzeni.

Lonberg był zaledwie kilka lat po ukończeniu szkoły w 1989 roku, kiedy podpisał kontrakt z GenPharm International, firmą opracowującą klasę leków znanych jako przeciwciała monoklonalne – zmodyfikowane wersje białek wytwarzanych przez układ odpornościowy w celu zwalczania chorób. Celem było zmodyfikowanie genetyczne myszy z ludzkim układem odpornościowym, który mógłby zostać wykorzystany do wytworzenia w pełni ludzkich przeciwciał monoklonalnych.

Ta historia była częścią naszego wydania z lipca 2002 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Jego wyczucie czasu nie mogło być gorsze. Seria obiecujących leków z przeciwciałami monoklonalnymi do leczenia wszystkiego, od raka po ciężkie infekcje, miała okazać się głośnymi niepowodzeniami. Jeden z nich, lek o nazwie Centtoxin, wyprodukowany przez Centocor z Malvern w stanie Pensylwania, miał przynosić miliardy dolarów na leczenie często śmiertelnego wstrząsu septycznego, zanim amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków odmówiła zatwierdzenia jego stosowania w 1992 roku. pozorny upadek przeciwciał monoklonalnych i, przynajmniej na jakiś czas, perspektywy całego przemysłu biotechnologicznego.

Krótka historia, mówi Lonberg, to to, że skuliliśmy się w dół. Dłuższa historia, jak „Śpiącej królewny”, ma szczęśliwe zakończenie. W ciągu ostatnich czterech lat firma Medarex z Princeton w stanie New Jersey, która kupiła GenPharm w 1997 r., rozkwitła. Firma zajmująca się przeciwciałami monoklonalnymi ma obecnie około 300 pracowników, zupełnie nowy ośrodek badawczy w Milpitas w Kalifornii i 60 hektarów w New Jersey, gdzie buduje ogromne centrum rozwoju. Ma też pół miliarda dolarów w gotówce, aby związać koniec z końcem, rozwijając swoją technologię i leki. Jesteśmy w drodze, mówi Lonberg, który jest obecnie starszym wiceprezesem i dyrektorem naukowym Medarex.

To samo można powiedzieć ogólnie o przeciwciałach monoklonalnych, które przeżywają niezwykłe odrodzenie. Technologie wytwarzania przeciwciał monoklonalnych w końcu osiągnęły pełnoletność, a same leki są ponownie reklamowane jako potencjalne lekarstwa lub metody leczenia całego spektrum ludzkich chorób.

Od 1997 roku FDA zatwierdziła 10 leków z przeciwciałami monoklonalnymi – stanowiących jedną czwartą wszystkich leków biotechnologicznych na rynku – o łącznej sprzedaży ponad miliard dolarów rocznie. I być może bardziej wymowne jest to, że co piąty opracowywany lek biotechnologiczny to przeciwciało monoklonalne. Nawet biotechnologiczny gigant Genentech, firma z South San Francisco w Kalifornii, założona w celu produkcji leków enzymatycznych i hormonalnych, obecnie znajduje przeciwciała monoklonalne wypełniające połowę procesu rozwojowego.

Rzeczywiście, historia przeciwciał monoklonalnych to coś więcej niż bajka; to lekcja wartości wytrwałości i cierpliwości. Kiedy dziesięć lat temu zaczynaliśmy od przeciwciał monoklonalnych, w biotechnologii przeważało przekonanie: „Byłem tam, robiłem to, nie zadziałało” – mówi Paul Carter, badacz z firmy Immunex z Seattle, który pomógł rozpocząć badania nad przeciwciałami monoklonalnymi w Genentech w 1990 roku. Teraz wszyscy i ich pies chcą dostać się do przeciwciał.

Zagraniczni najeźdźcy

Ponieważ przeciwciała monoklonalne powracają, nikt już nie twierdzi, że cudowne lekarstwa. Po przejściu przez cykl Świętego Graala do brudnego słowa, mówi analityk biotechnologiczny Lehman Brothers Rachel Leheny, przeciwciała monoklonalne stały się działającą technologią o ustalonym zestawie mocnych i słabych stron.

Przeciwciała monoklonalne są zaprojektowane przez układ odpornościowy tak, aby wiązały się tylko z określonymi cząsteczkami docelowymi, dzięki czemu są znacznie bardziej precyzyjne niż typowe leki małocząsteczkowe, stosunkowo proste związki, które były podstawą przemysłu farmaceutycznego. I w przeciwieństwie do innych terapeutyków białkowych, które mogą aktywować lub blokować tylko jeden specyficzny proces biologiczny, przeciwciała monoklonalne można opracować dla dowolnego białka docelowego lub typu komórki, jaki można sobie wyobrazić. To połączenie wbudowanej precyzji i elastyczności może oznaczać szybszy rozwój i niższą toksyczność. Ryzyko niepowodzenia potencjalnego leku będącego przeciwciałem w badaniach klinicznych z powodu niepożądanych skutków ubocznych jest znacznie mniejsze niż w przypadku małych cząsteczek.

Prawdopodobieństwo sukcesu jest znacznie wyższe, a czas ich opracowania znacznie szybszy, mówi Geoff Davis, dyrektor naukowy w Abgenix, firmie produkującej przeciwciała z Fremont w Kalifornii. Biorąc pod uwagę, że firmy farmaceutyczne wydają obecnie średnio 15 lat i 800 milionów dolarów na wprowadzenie nowego leku na rynek, zaoszczędzenie kilku lat na rozwoju i zmniejszenie ryzyka niepowodzenia leku w badaniach klinicznych może przełożyć się na ogromny zysk.

Ostatni impuls do odrodzenia przeciwciał monoklonalnych pochodzi z sekwencjonowania ludzkiego genomu i rozwijającego się przemysłu genomicznego. Nagle naukowcy zajmujący się farmacją i biotechnologią zostają zasypani dziesiątkami tysięcy genów, z których wiele może stanowić wartościowe cele leków. Rezultatem jest mentalność gorączki złota, ponieważ naukowcy ścigają się, aby ustalić, które z tych genów i towarzyszących im białek są najlepszymi celami hamowania procesów chorobowych. W tym przypadku przeciwciała monoklonalne – pod postacią narzędzi laboratoryjnych, które będą wiązać się z określonymi białkami i wyłączać je z działania – stanowią jeden z najszybszych sposobów odpowiedzi na te pytania. A po ustaleniu realnego celu, niskie ryzyko i precyzyjne ukierunkowanie leków monoklonalnych może sprawić, że będą one najłatwiejszymi lekami do wprowadzenia na rynek. Przechodzą od razu do sedna, mówi Carter z Immunexu.

Przedmiotem poszukiwań, same przeciwciała, są białka w kształcie litery Y, które stanowią pierwszą linię obrony układu odpornościowego. Wiążą się ze wszystkim, co układ odpornościowy uzna za nieznane, a przez to potencjalnie niebezpieczne – powiedzmy bakterią lub wirusem – a następnie trzymają się mocno, wzywając pełen zakres sił układu odpornościowego do zneutralizowania lub zniszczenia celu (zobaczyć Mobilizująca odporność ) .

W ciągu życia organizm ludzki wytwarza około 100 miliardów różnych przeciwciał. W każdym przypadku podstawa Y jest praktycznie identyczna; ramiona Y różnią się w zależności od przeciwciała, zapewniając w ten sposób ogromną zmienność, która maksymalizuje prawdopodobieństwo, że układ odpornościowy wykryje prawie każdego możliwego najeźdźcę.

Naukowcy od dawna wyobrażali sobie indukowanie przeciwciał w celu wyleczenia lub leczenia chorób, które układ odpornościowy albo ignoruje, takich jak rak, albo powoduje, takie jak reumatoidalne zapalenie stawów, toczeń i inne choroby autoimmunologiczne. Biolodzy od dziesięcioleci wiedzą, że jeśli zaszczepisz mysz ludzką komórką rakową lub nawet pojedynczym białkiem z takiej komórki, mysz zareaguje wytwarzając własne przeciwciała, aby zwalczyć efekt wyłączenia obcego, przeciwciało przeciwnowotworowe. Jeśli będziesz wstrzykiwać tę samą komórkę rakową raz za razem, twoja mysz wytworzy przeciwciała znakomicie wyspecjalizowane w celu celowania w komórki rakowe, które wprowadziłeś.

Ilustracja autorstwa Johna MacNeilla

Działania niepożądane

W 1975 roku Csar Milstein i Georges Khler, immunolodzy z Laboratorium Biologii Molekularnej Rady Badań Medycznych w Cambridge w Anglii, opracowali technologię masowej produkcji takich przeciwciał i w tym procesie uruchomili przemysł. Khler i Milstein połączyli komórki wytwarzające przeciwciała myszy, znane jako limfocyty B, z komórkami nowotworowymi, które utrzymałyby te komórki B przy życiu na zawsze w laboratorium.

W organizmie niedojrzałe komórki B znajdują się w szpiku kostnym i zawierają pełen zestaw segmentów genów kodujących przeciwciała. Gdy komórki dojrzewają i migrują do krwiobiegu, segmenty przechodzą rearanżację, tak że każda dojrzała komórka B wytwarza tylko jeden typ przeciwciała – przeciwciało monoklonalne (zobaczyć Geny na przeciwciała ) . Każda z linii komórkowych Khlera i Milsteina wypompowałaby nieprzerwaną dostawę pojedynczego przeciwciała monoklonalnego, w zależności od komórki B, z której powstał. W 1984 roku ich odkrycie przyniosło parze udział w Nagrodzie Nobla w dziedzinie medycyny, w tym czasie około tysiąc firm próbowało zarobić na technologii. Większość z nich by się nie powiodła.

Problem tkwił w dostępnych w tamtym czasie źródłach przeciwciał. Przeciwciała można uzyskać poprzez immunizację myszy, tak jak w przypadku Raritan, Orthoclone firmy Ortho Biotech z NJ, zaprojektowanego do zwalczania odrzucenia przeszczepu narządów i pierwszego leku przeciwciała zatwierdzonego przez FDA. (Ortho Biotech jest spółką zależną Johnson and Johnson od 1990 r.) Lub mogą być zbierane bezpośrednio od ludzkich ofiar konkretnej choroby, tak jak w przypadku Centtoxin firmy Centocor.

Haczyk polegał na tym, że mysie przeciwciała nie są ludzkie. Ludzki układ odpornościowy nadal uważa je za obce i robi wszystko, co w jego mocy, aby je zwalczać za pomocą odpowiedzi znanej jako odpowiedź ludzkich przeciwciał antymysich, która nie tylko niszczy przeciwciała, ale może prowadzić do niewydolności nerek i śmierci.

Kiedy Orthoclone pojawił się na rynku w 1986 roku, przemysł farmaceutyczny nagle dowiedział się, jak zła może być reakcja. Podczas gdy większość biorców była w porządku (iw rzeczywistości Orthoclone jest nadal w użyciu), niektórzy pacjenci mieli poważne reakcje. Oto lek, który został specjalnie zaprojektowany do tłumienia układu odpornościowego i nadal otrzymujesz silną odpowiedź, mówi Lonberg.

Jeśli chodzi o przeciwciała zebrane bezpośrednio od ludzkich pacjentów, po prostu nie wiążą się one wystarczająco ściśle ze swoimi celami, aby powstrzymać chorobę – a przynajmniej tak było w przypadku Centtoxin i powodem, dla którego jego szeroko nagłośnione badania kliniczne nie powiodły się.

Awaria Centtoxin, mówi Lonberg, spowodowała, że ​​wszyscy, przynajmniej na Wall Street i w dużej farmie, zarzucili ręce z rozpaczą z przeciwciałami i odeszli. Eli Lilly był klasycznym przykładem. Lilly kupiła Hybritech, pierwotną firmę produkującą przeciwciała monoklonalne, w 1986 roku za prawie 500 milionów dolarów. Po zbudowaniu Hybritech do 1400 pracowników, Lilly sprzedała firmę w 1995 roku, po Centtoxin, za zaledwie ułamek tego, co za nią zapłaciła.

Ilustracja autorstwa Johna MacNeilla

Jak być zdrowym

Do tego czasu jednak zbawienie było już w drodze. Pojawił się pod postacią przeciwciał, które były znacznie mniej mysie, a w coraz większym stopniu ludzkie, pochodzenia i funkcji. Naukowcy zaczęli opracowywać metody tworzenia tych mieszanek w połowie lat 80., a technologie zaczęły przynosić owoce mniej więcej w czasie, gdy Lilly zrezygnowała z Hybritech. Najpierw pojawiły się przeciwciała chimeryczne, skonstruowane w 1984 roku przez połączenie genu generującego region stały ludzkiego przeciwciała, podstawy Y, z genami, które generują zmienne regiony mysich przeciwciał, zewnętrzne ramiona Y. chimera to około jedna trzecia myszy i dwie trzecie człowieka. Nadal ściśle wiąże się z celem, dla którego został zaprojektowany, jednocześnie unikając większości odpowiedzi ludzkich przeciwciał antymysich.

Kolejnymi z laboratorium badawczego były humanizowane przeciwciała. Podczas gdy chimery stanowiły jedną trzecią myszy, humanizowane przeciwciała stanowiły mniej niż jedną dziesiątą. Z myszy pochodziły tylko końce ramion przeciwciała Y, tylko ta część regionu zmiennego, która wiąże się bezpośrednio z jego celem. Cała reszta była ludzka. Pojawił się jednak problem: kiedy końcówki mysiego przeciwciała zostały genetycznie przeszczepione na ludzki szkielet, przeciwciało często nie było w stanie wystarczająco mocno uchwycić celu.

Cary Queen, matematyk, który stał się biologiem, a następnie pracował w National Institutes of Health, stworzył algorytm do analizy dopasowania końcówek myszy do ludzkiego szkieletu, a następnie ustalenia, które cząsteczki w ludzkim szkielecie musiałyby zostać dostosowane i o ile , aby obszar myszy był wygodnie osadzony na ramionach Y i ściśle przylegał do celu. W 1986 roku Queen opatentowała tę technologię i współzałożyła Protein Design Labs z siedzibą we Fremont w Kalifornii, aby humanizować przeciwciała dla własnego biznesu farmaceutycznego i dla każdego, kto mógłby skorzystać z jej usług.

Pomiędzy technologią chimeryczną a humanizującą leki oparte na przeciwciałach zaczęły trafiać na rynek, a branża zaczęła się odradzać. W 1994 roku FDA zatwierdziła pierwszy od 1986 roku lek zawierający przeciwciała monoklonalne, chimeryczny lek firmy Centocor, który hamuje krzepnięcie krwi po operacjach sercowo-naczyniowych. (Johnson and Johnson nabyli Centocor w 1999 r.) Następnie agencja zatwierdziła trzy kolejne leki z przeciwciałami monoklonalnymi w 1997 r., w tym Idec Pharmaceuticals z San Diego i chimeryczny Rituxan firmy Genentech na chłoniaka nieziarniczego.

Humanizowana Herceptin firmy Rituxan i Genentech, zatwierdzona w następnym roku w leczeniu raka piersi, mogła sama pchnąć biznes przeciwciał z powrotem do fazy boomu, po prostu dlatego, że były terapiami przeciwnowotworowymi i w ten sposób spełniały, przynajmniej skromnie, jeden z aspektów szumu z połowy lat 80-tych. W każdym razie zatwierdzenie kolejnych pięciu przeciwciał monoklonalnych nastąpiło w 1998 r., a od tego czasu jeszcze cztery. W chwili obecnej blisko 50 humanizowanych przeciwciał znajduje się w badaniach klinicznych, których celem jest pełne spektrum ludzkich chorób, od łuszczycy po choroby serca i nowotwory.

Kuracja z kóz

Ale to dopiero początek, ponieważ w pełni ludzkie przeciwciała trafiają teraz do rurociągów farmaceutycznych. Istnieją dwa sposoby opracowywania tych leków. W pierwszym naukowcy usuwają pełen zestaw genów przeciwciał z ludzkich komórek B i przeszczepiają je do specyficznych dla bakterii wirusów, znanych jako fagi. Wirusy szybko wytwarzają odpowiednie przeciwciała z nowo nabytych genów, a następnie prezentują przeciwciała na swoich powierzchniach – jedno przeciwciało na faga.

Teraz umieszczamy wszystkie te fagi w probówce, wyjaśnia David Chiswell, współzałożyciel Cambridge Antibody Technology w Cambridge w Anglii. Za każdym razem, gdy chcemy uzyskać przeciwciała przeciwko konkretnemu celowi, zasadniczo zanurzamy cel w probówce – którą można traktować jako bibliotekę przeciwciał – i wybieramy tylko ten podzbiór 100 miliardów przeciwciał, które akurat wiążą się specyficznie z celem.

Metoda numer dwa to transgeniczna mysz z ludzkim układem odpornościowym – pierwotne marzenie Lonberga w Medarex, również realizowane przez konkurenta Abgenixa. Umieść cząsteczkę docelową w takiej myszy, a otrzymasz ludzkie przeciwciało - nie ma odpowiedzi na ludzkie przeciwciała antymysie, o które trzeba się martwić. Aby stworzyć myszy, naukowcy sklonowali segmenty genów odpowiedzialne za generowanie milionów możliwych ludzkich przeciwciał, umieścili je wszystkie w mysich embrionalnych komórkach macierzystych i doprowadzili myszy do dojrzałości. To było wyzwanie, mówi Davis z Abgenix, ponieważ nikt nigdy nie umieścił takiej ilości DNA w transgenicznej myszy. Musieli także dezaktywować geny wytwarzające mysie przeciwciała, co zrobili u innej grupy myszy, a następnie połączyli te dwie linie.

Chociaż transgeniczne myszy to najnowsza technologia wytwarzania przeciwciał, która pojawiła się na rynku, wciąż pozostaje otwarte pytanie, czy rzeczywiście są one lepsze niż jakakolwiek inna technika wytwarzania nowych leków zawierających przeciwciała. Wszystkie te technologie prawdopodobnie wytwarzają przeciwciała, które będą zachowywać się zasadniczo identycznie, gdy są stosowane u ludzi, mówi Robert Kirkman, wiceprezes Protein Design Labs ds. rozwoju biznesu. Jak uzyskać najlepsze przeciwciało przeciwko danemu celowi, jest ostatecznym pytaniem. I prawdopodobnie nie zawsze będzie to ta sama technologia.

Bez względu na to, która technologia ostatecznie rządzi tą dziedziną, można śmiało powiedzieć, że przeciwciała będą odgrywać ogromną rolę w genomice i przemyśle biotechnologicznym. Jeśli nic innego, mówi Lonberg, wprowadzenie na rynek leku zawierającego przeciwciała monoklonalne może dać firmom farmaceutycznym sposób na walkę z chorobami, podczas gdy one spędzą niezbędne dodatkowe lata, próbując opracować małą cząsteczkę, która wykona to samo zadanie.

Producenci leków podążają tą odrębną ścieżką, ponieważ przeciwciała monoklonalne wciąż mają dwie poważne wady w porównaniu z lekami małocząsteczkowymi. Po pierwsze, są to duże białka. Oznacza to, że należy je podawać dożylnie, a nie w formie tabletek, aby nie były przeżuwane w układzie pokarmowym – chociaż naukowcy mają nadzieję, że wkrótce rozwiążą ten problem. (Drugą stroną jest to, że trwają znacznie dłużej w ludzkim ciele, co oznacza, że ​​można je podawać raz w miesiącu, a nie raz dziennie). Po drugie, są drogie w produkcji.

Żadna z metod stosowanych do wytwarzania przeciwciał chimerycznych, humanizowanych lub w pełni ludzkich nie może wytwarzać przeciwciał w ilościach handlowych. Obecnie firmy wytwarzają przeciwciała, najpierw umieszczając gen konkretnego przeciwciała w komórkach pobranych z jajników chomika, a następnie hodując je w bilionach komórek w ogromnych kadziach, w procesie fermentacji podobnym do tego, który jest używany do produkcji piwa.

Komórki w każdej kadzi następnie wydzielają jeden rodzaj przeciwciała, które można zbierać z otaczającego płynu co kilka miesięcy. Proces ten jest jednak kosztowny, więc naukowcy poszukiwali dramatycznych rozwiązań biotechnologicznych, aby zrealizować to samo zadanie. W szczególności tworzą genetycznie modyfikowane owoce i warzywa – powiedzmy kukurydzę, lucernę lub banany naładowane pożądanymi przeciwciałami, a nawet zwierzęta transgeniczne, które mają służyć jako żywe fabryki przeciwciał monoklonalnych.

Gdzieś w centrum Massachusetts znajduje się zakład produkcyjny biofarmaceutów zbudowany przez Genzyme Transgenics. Chociaż firma nie lubi mówić dokładnie, gdzie się znajduje, twierdzi, że wygląda bardzo podobnie do każdej innej farmy - z wyjątkiem około 2000 kóz, które zostały genetycznie zmodyfikowane z ludzkimi genami w celu ekspresji przeciwciał monoklonalnych lub innych dużych białek narkotyki w ich mleku.

Według Jacka Greena, dyrektora finansowego Genzyme Transgenics, kilka kóz produkujących monoklonalne laktacje przez rok może dorównać wydajności całej kadzi fermentacyjnej komórek chomika. A kozy mają tę wbudowaną zaletę, że jeśli lek nagle zyskuje większy rynek niż przewidywano, nie trzeba finansować całej nowej kadzi kosztem kilkuset milionów dolarów: po prostu hoduje się więcej kóz. Czas generacji nowej kozy to siedem miesięcy do osiągnięcia dojrzałości płciowej, mówi Green, więc w ciągu roku możesz osiągnąć dowolną liczbę kóz i skalę produkcji, jakiej pragniesz.

Po ćwierćwieczu zmagań przeciwciała monoklonalne przetrwały, stając się dojrzałą i ekscytującą technologią. A sceptycy już dawno odeszli. Teraz pytanie brzmi, jak duża część medycyny XXI wieku będzie zdominowana przez te niezwykłe molekuły. Nagle wszystko to wygląda realnie, mówi Lonberg.

Przeciwciała monoklonalne nie są już czyjąś fantazją.

Przeciwciała w ataku

Spółka Choroba lekowa/celowa Scena Orto biotechnologia (Raritan, New Jersey) Ortoklon /Odrzucenie przeszczepu serca, wątroby i nerek Zatwierdzone w czerwcu 1986 r. Centocor (Malvern, Pensylwania)/
Eli Lilly (Indianapolis, IN) ReoPro /Krzepnięcie po zabiegach sercowo-naczyniowych Zatwierdzone w grudniu 1994 r. Genentech (Południe San Francisco, Kalifornia) /
Idec Farmaceutyki (San Diego, Kalifornia) Rituxan /Chłoniak nieziarniczy Zatwierdzony w listopadzie 1997 Centocor Remikada /choroba Leśniowskiego-Crohna, reumatoidalne zapalenie stawów Zatwierdzony w sierpniu 1998 Genentech Herceptin /Rak piersi z przerzutami Zatwierdzony we wrześniu 1998 Millennium Pharmaceuticals (Cambridge, MA) Campath /Przewlekła białaczka limfocytowa
Campath /Stwardnienie rozsiane Zatwierdzone w maju 2001 r.
Badania kliniczne fazy II Systemy ImClone (Nowy Jork, Nowy Jork) Erbitux /Różne nowotwory Badania kliniczne fazy II i III Abgenix (Fremont, Kalifornia) ABX-CBL /Badania kliniczne fazy II/III odrzucania przeszczepu Tanox (Houston, Teksas) AD-439 /HIV, badania kliniczne II fazy AIDS GlaxoSmithKline (Middlesex, Wielka Brytania) SB-240563 /Astma, alergia Badania kliniczne II fazy Medarex (Princeton, New Jersey) MDX-010 /Czerniak złośliwy, rak prostaty Badania kliniczne I fazy Bioprzeszczep (Charlestown, MA) AlloMune /Chłoniak nieziarniczy, choroba Hodgkina Badania kliniczne I fazy

ukryć