bispezifischer monoklonaler Antikörper

Ein bispezifischer monoklonaler Antikörper ( BsMAb , BsAb ) ist ein künstliches Protein , das gleichzeitig an zwei verschiedene Antigentypen oder zwei verschiedene Epitope desselben Antigens binden kann . ^{[ 1 ]} Natürlich vorkommende Antikörper richten sich typischerweise nur gegen ein Antigen. BsAbs können in verschiedenen Strukturformen hergestellt werden. Sie können so konzipiert werden, dass sie Immunzellen rekrutieren und aktivieren, die Rezeptorsignalübertragung stören und Signalmoleküle inaktivieren sowie die Assoziation von Proteinkomplexen erzwingen. ^{[ 2 ]} BsAbs wurden für die Krebsimmuntherapie , die Wirkstoffverabreichung und die Behandlung der Alzheimer-Krankheit erforscht . ^{[ 1 ] [ 3 ]}

Das ursprüngliche Konzept bispezifischer Antikörper (BsAbs) wurde in den 1960er Jahren von Nisonoff und seinen Mitarbeitern entwickelt und umfasste die erste Idee der Antikörperarchitektur sowie weitere Erkenntnisse. ^{[ 4 ] [ 5 ]} 1975 wurde das Problem der Herstellung reiner Antikörper durch die Entwicklung der Hybridom-Technologie gelöst , und eine neue Ära monoklonaler Antikörper (mAbs) begann. ^{[ 6 ]} 1983 entwickelten Milstein und Cuello die Hybrid-Hybridom-Technologie ( Quadrom- Technologie). ^{[ 7 ]} 1988 erfand das Team um Huston das Einzelketten-Variablenfragment (scFv), um Probleme bei der Refaltung zu minimieren, die durch fehlerhafte Domänenpaarung oder Aggregation zweikettiger Spezies entstehen. ^{[ 8 ]} 1996 erfuhren die BsAbs mit dem Aufkommen der Knobs-into-Hole-Technologie eine Weiterentwicklung. ^{[ 1 ] [ 9 ]}

Es gibt viele Formate bispezifischer Antikörper (BsAbs), die sich jedoch in zwei Hauptkategorien unterteilen lassen: IgG-ähnliche und nicht-IgG-ähnliche Antikörper. ^{[ 10 ]} Die wichtigsten Herstellungsverfahren sind Quadromase, chemische Konjugation und genetische Rekombination, wobei jedes Verfahren ein einzigartiges Format erzeugt. ^{[ 3 ] [ 11 ]}

Dieses Format behält die traditionelle Struktur monoklonaler Antikörper (mAbs) mit zwei Fab- Armen und einer Fc-Region bei , mit dem Unterschied, dass die beiden Fab-Regionen unterschiedliche Antigene binden. Die gebräuchlichsten Typen werden als trifunktionelle Antikörper bezeichnet , da sie drei einzigartige Bindungsstellen besitzen: die beiden Fab-Regionen und die Fc-Region. Jedes Paar aus schwerer und leichter Kette stammt von einem einzigartigen mAb. Die aus den beiden schweren Ketten gebildete Fc-Region stellt die dritte Bindungsstelle dar. Diese bispezifischen Antikörper (BsAbs) werden häufig mit der Quadroma- oder der Hybridom -Methode hergestellt. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

Die Quadroma-Methode beruht jedoch auf dem Zufall, um nutzbare bispezifische Antikörper (BsAb) zu erzeugen, und kann daher ineffizient sein. Eine andere Methode zur Herstellung von IgG-ähnlichen BsAb ist die sogenannte „Knobs-to-Hole“-Methode. Dabei wird in die schwere Kette eines monoklonalen Antikörpers (mAb) eine Mutation für eine große Aminosäure und in die schwere Kette des anderen mAb eine Mutation für eine kleine Aminosäure eingeführt. Dies ermöglicht eine bessere Kopplung der Zielketten (schwere Ketten und ihrer entsprechenden leichten Ketten) und erhöht die Zuverlässigkeit der BsAb-Produktion. ^{[ 3 ] [ 11 ]}

Es gibt weitere bispezifische Antikörper (BsAbs), denen die Fc-Region vollständig fehlt, was relativ einfache Designstrategien ermöglicht. ^{[ 1 ]} Dazu gehören chemisch verknüpfte Fab-Fragmente , die nur aus den Fab-Regionen bestehen, sowie verschiedene Arten von bivalenten und trivalenten Einzelketten-Variablenfragmenten (ScFvs). Außerdem existieren Fusionsproteine, die die variablen Domänen zweier Antikörper nachahmen. Die am weitesten entwickelten dieser neueren Formate sind die bispezifischen T-Zell-Engager (BiTEs). Diese nutzen den G4S _- Linker, um zwei ScFvs – ein CD3-Antikörper-ScFv und ein tumorassoziiertes Antigen (TAA) oder tumorspezifisches ScFv – zu verbinden und so T-Zellen zur gezielten Abtötung von Krebszellen umzuleiten. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]} Weitere Plattformen umfassen tetravalente antiparallele Strukturen (TandAbs) und VH-only-Antikörper (Bi-Nanobody). Die TandAb-Plattform besteht aus einem tetravalenten Antikörpermolekül mit zwei Bindungsstellen für jedes der beiden Antigene. ^{[ 18 ]} Bei dieser Plattform bildet die umgekehrte Paarung zweier Peptidketten ein Homodimer. Beispielsweise basiert AFM _{11 auf der TandAbs-Plattform und zielt sowohl auf CD3 als auch auf CD19 ab, um therapeutische Effekte zu erzielen. AFM 11 zeigte} in vivo eine dosisabhängige Hemmung von Raji-Tumoren . ^{[ 19 ]} Die Bi-Nanobody-Plattform bildet multispezifische Bindungen durch die Verknüpfung der VH-Regionen zweier oder mehrerer Antikörpermoleküle. Die auf dieser Plattform basierenden Produkte sind kleine Moleküle, die in vivo eine hohe Stabilität und bessere Gewebegängigkeit aufweisen . ^{[ 20 ]} Obwohl nicht-IgG-ähnliche bispezifische Antikörper (BsAbs) ein niedriges Molekulargewicht und somit eine hohe Tumorgewebegängigkeit besitzen, ist ihre Halbwertszeit relativ kurz, sodass mehrere Dosen erforderlich sind. ^{[ 1 ]}

Trotz der erheblichen Unterschiede zwischen den verschiedenen Arten und Formaten bispezifischer Antikörper weisen ihre Herstellungsprozesse in mehreren Schritten Übereinstimmungen auf:

• Gentechnik und Klonen – Verschiedene monoklonale Antikörper oder Antikörperfragmente werden fusioniert. Mithilfe der rekombinanten DNA-Technologie wird ein einzelner, bispezifischer Antikörper erzeugt.
• Herstellung des Expressionssystems – Für die Antikörperexpression wird ein Expressionssystem ausgewählt und vorbereitet. Häufig verwendete Expressionssysteme für therapeutische bispezifische Antikörper sind Säugetierzellen, wie z. B. CHO -Zellen, da diese komplexe posttranslationale Modifikationen effektiv durchführen können.
• Transfektion und Proteinproduktion – Entweder durch stabile oder transiente Transfektion wird die genetische Information der gewünschten bispezifischen Antikörper in das Expressionssystem eingefügt, welches anschließend die entsprechenden Proteine ​​exprimiert.
• Proteinreinigung – Es werden Schritte zur Isolierung und Anreicherung bispezifischer Antikörper durchgeführt. Dies kann verschiedene Reinigungsverfahren umfassen, wie z. B. Protein-A -Affinitätschromatographie oder Peptidmarkierung.
• Antikörpercharakterisierung – Charakterisierung und Qualitätskontrolle schließen den Produktionsprozess ab. In dieser Phase werden Effektorfunktionen, Stabilität und Bindungsspezifität untersucht. ^{[ 21 ]}

Die Bindung eines bispezifischen Antikörpers (BsAb) an seine Zielantigene kann vielfältige Effekte hervorrufen. Die am häufigsten angewandte Methode ist die Krebsimmuntherapie , bei der BsAbs so konstruiert werden, dass sie gleichzeitig an eine zytotoxische Zelle und ein zu zerstörendes Ziel (eine Tumorzelle ) binden. Der Brückeneffekt von BsAbs auf die Interaktion zwischen T-Zellen und Krebszellen lässt sich mittels markierungsfreier Lebendzellmikroskopie beobachten . Catumaxomab , einer der ersten für die Therapie zugelassenen trifunktionellen Antikörper, bindet sowohl an CD3 auf zytotoxischen T-Zellen als auch an EpCAM auf humanen Adenokarzinomen . ^{[ 12 ] [ 13 ]} Die Fc-Region bindet zusätzlich an Zellen, die Fc-Rezeptoren exprimieren , wie Makrophagen , natürliche Killerzellen oder dendritische Zellen . Da die Fc-Region intakt bleibt, kann der BsAb nach Erkennung durch einen Fc-Rezeptor gängige Immunantworten auslösen, wie z. B. antikörperabhängige zellvermittelte Zytotoxizität (ADCC) oder komplementabhängige Zytotoxizität (CDC) . ^{[ 14 ] [ 16 ]}

Das Wachstum von Tumorzellen kann durch Rezeptor-Tyrosinkinasen (RTKs), darunter Mitglieder der Her-Familie oder insulinähnliche Wachstumsfaktoren (IGF), stimuliert oder moduliert werden. RTKs sind daher bevorzugte Zielstrukturen in der Krebstherapie. Obwohl monospezifische, gegen RTKs gerichtete IgGs wie Cetuximab (Erbitux) und Panitumumab (Vectibix), die beide gegen HER1 gerichtet sind , bereits auf dem Markt erhältlich sind, können Krebszellen auf einen anderen Signalweg ausweichen, um der durch die Blockierung eines Signalwegs hervorgerufenen Wachstumshemmung zu entgehen. Um die therapeutische Wirksamkeit zu verbessern, verringert die gleichzeitige Interferenz/Blockierung von zwei (oder mehr) RTK-Signalwegen, die durch die Vermittlung bispezifischer Antikörper (BsAb) zur Inaktivierung entweder der RTKs oder ihrer Liganden erreicht wird, die Wahrscheinlichkeit der von den Tumorzellen angewandten Resistenzmechanismen. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

Darüber hinaus zeigte eine Studie im Rahmen der Entwicklung von Ebolavirus- Impfstoffen , dass ein DVD-Ig-Antikörper das Entkommen des Virus aus dem Endosom verhindern kann . Ebolaviren infizieren Zellen durch rezeptorvermittelte Endozytose . Forscher entwickelten DVD-Igs, deren äußere variable Regionen an die Oberflächenglykoproteine ​​der Virushülle binden und zusammen mit dem Virus in die Zelle gelangen. Diese äußeren Regionen werden im viralen Endosom abgespalten, wodurch die inneren variablen Regionen freigelegt werden, die dann sowohl an das Virus als auch an interne Rezeptoren im Endosom binden. Die Blockierung der Interaktion zwischen dem Virus und den endosomalen Proteinen verhindert das Entkommen des Virus aus dem Endosom und eine weitere Infektion. ^{[ 24 ]}

Emicizumab (ehemals RG6013) ist beispielsweise ein IgG-Derivat mit Heterodimerisierungsmotiven der schweren Kette. Dieses wurde mit dem üblichen Ansatz der leichten Kette kombiniert, um Fehlpaarungen der leichten Kette zu verhindern. ^{[ 25 ] [ 26 ]} Durch seine bivalente Zusammensetzung bindet Emicizumab zwei Proteinantigene in einem Komplex. Faktor IXa und Faktor X der Gerinnungskaskade sind die entsprechenden Antigene, an die RG6013 bindet. Bei gesunden Menschen werden diese beiden Faktoren durch den Gerinnungsfaktor VIIIa zusammengeführt. Patienten mit Hämophilie A verfügen jedoch nicht über Faktor VIIIa. Die derzeitige Behandlung dieser Erkrankung besteht in der Gabe von Faktor VIII, um Blutungen zu reduzieren. Aufgrund des Mangels an Faktor VIII kann dieser jedoch von den Patienten als Fremdprotein erkannt werden, was eine Immunantwort auslöst. Zudem hat Faktor VIII eine kurze Halbwertszeit (unter 15 Stunden) und wird daher schnell eliminiert. Allerdings weist der humanisierte BsAb im Vergleich zu FVIII eine geringere Immunogenität und eine lange Serumhalbwertszeit auf und bietet daher eine bessere Behandlungsmöglichkeit für Hämophilie. ^{[ 2 ]}

Die Krebsimmuntherapie mit herkömmlichen monoklonalen Antikörpern aktiviert keine T-Lymphozyten, da die Fab-Regionen bereits an die Tumorzellen binden und diese Zellen keine Fc-Rezeptoren besitzen. ^{[ 27 ]} Bispezifische Antikörper (BsAbs) weisen zudem ein höheres zytotoxisches Potenzial auf und binden an Antigene, die relativ schwach exprimiert werden . ^{[ 28 ]} Die effektive Dosis liegt bei etwa 0,01 mg·m⁻² ^· d⁻¹ ⁽ Milligramm pro Quadratmeter Körperoberfläche und Tag) und ist damit um mehrere Größenordnungen niedriger als bei herkömmlichen Antikörpern. ^{[ 27 ]} Nicht-IgG-ähnliche BsAbs können aufgrund ihrer geringeren Größe Antigene erreichen, die für konventionelle Antikörper normalerweise nicht zugänglich sind. ^{[ 3 ]} Im Fall von Ebola-Impfstoffen ermöglicht diese Methode, intrazelluläre Zielstrukturen anzugreifen, die mit herkömmlichen monoklonalen Antikörpertherapien üblicherweise nicht erreichbar sind. ^{[ 24 ]}

Darüber hinaus kann die gezielte Hemmung mehrerer Moleküle hilfreich sein, um die Regulation paralleler Signalwege zu umgehen und Resistenzen gegen die Behandlung zu vermeiden. Die Bindung oder Blockierung mehrerer Zielstrukturen in einem Signalweg kann vorteilhaft sein, um Krankheiten zu stoppen, da die meisten Erkrankungen komplexe, vielschichtige Auswirkungen auf den gesamten Körper haben. ^{[ 29 ]} Zusammen mit Kombinationstherapien werden bispezifische Antikörper (BsAbs) zunehmend zur Behandlung bestimmter Krebsarten eingesetzt, da einige Tumoren im Laufe der Zeit Resistenzen gegen Checkpoint-Inhibitoren und/oder kostimulatorische Moleküle entwickeln. ^{[ 30 ]}

Mehrere bispezifische Antikörper (bsAb) wurden von der US-amerikanischen Arzneimittelbehörde FDA /EMA zugelassen, und über 180 befinden sich derzeit in klinischen Studien. Der erste zugelassene bispezifische Antikörper, Blinatumomab , bindet an CD19 auf B-Zellen und an CD3 auf T-Zellen, was zur Aktivierung von T-Zellen und zur Zerstörung von B-Zellen führt. ^{[ 31 ]} Weitere bispezifische Antikörper wurden seither von der FDA zugelassen: Emicizumab , Amivantamab , Tebentafusp , Faricimab , Teclistamab , Mosunetuzumab , Epcoritamab und Glofitamab . ^{[ 31 ]} Unter den aktuell in Entwicklung befindlichen bsAb-Programmen ist die Kombination von CD3 und Tumorzelloberflächen-Targets am weitesten verbreitet. Weitere häufig verwendete Zielstrukturen sind HER2 , PD-1 , PD-L1 , EGFR , CTLA-4 usw. sowie die Immunziele PD-1, PD-L1, BCMA , CD47 , CTLA-4, LAG-3 , 4 und 1BB. ^{[ 32 ]} Mit der Zulassung mehrerer neuer bispezifischer Antikörper (bsAb) seit 2022 und neuen Mechanismen zur Verbesserung der Wirksamkeit, wie der Entwicklung heterodimerer bispezifischer Moleküle, haben sich zudem weitere Möglichkeiten für Zielpaarungen ergeben. ^{[ 32 ]}

Ein zentrales Problem bei der Entwicklung bispezifischer Antikörper (BsAb) seit ihren Anfängen war die Erzielung eines hohen Anteils korrekt gepaarter bispezifischer Antikörper. Frühe Versuche zur Herstellung von BsAbs führten zu großen Mengen an Homodimeren und anderen falsch gepaarten Fragmenten. Neuartige Paarungstechnologien wurden entwickelt, um die Heterodimerisierungsrate zu erhöhen, was zu höheren Ausbeuten und geringeren Produktionskosten führte. ^{[ 33 ]}

Darüber hinaus können IgG-ähnliche Antikörper immunogen sein , was bedeutet, dass die Fc-Region schädliche Folgereaktionen der Immunantwort auslösen kann, die durch Zellen hervorgerufen werden, die durch Fc-Rezeptoren aktiviert werden. ^{[ 3 ]} Die therapeutische Anwendung bispezifischer Antikörper (BsAbs) befindet sich insgesamt noch weitgehend in der Entwicklung; derzeit laufen zahlreiche klinische Studien, die die Wirksamkeit und Sicherheit von BsAbs für die Behandlung untersuchen. ^{[ 15 ]}

Ein wichtiger Aspekt ist die Durchführbarkeit der Verabreichung und das Management von Nebenwirkungen, wobei der potenzielle Therapieerfolg gegen mögliche Risiken abgewogen werden muss. Das Auftreten von Nebenwirkungen hängt primär vom jeweiligen Antikörper, seinem Zielmolekül und patientenspezifischen Faktoren ab. Diese Faktoren müssen für jeden Patienten individuell untersucht werden, um die Durchführbarkeit einer bispezifischen Antikörpertherapie zu beurteilen und das Risiko infusionsbedingter, immunbedingter, organspezifischer und hämatologischer Nebenwirkungen einzuschätzen. ^{[ 33 ]}

Bispezifische Antikörper (BsAbs) finden vielfältige Anwendung in Diagnostik und Therapie. Sie können mit HRPO kombiniert, in Prätargeting-Strategien eingesetzt und zur Verbesserung der Bildgebung bei der Früherkennung von Erkrankungen genutzt werden. In der Krebstherapie können BsAbs Immunzellen präzise ansteuern, deren Funktion und Differenzierung fördern, die Toleranz gegenüber Immunzellen verbessern und die Wiederherstellung der Immunhomöostase unterstützen. BsAbs können auch zur Behandlung anderer Erkrankungen wie Hämophilie A, Diabetes, Alzheimer und Augenerkrankungen eingesetzt werden. ^{[ 1 ]}

Mehrere bispezifische Antikörper befinden sich derzeit im klinischen Einsatz. Blinatumomab , das gegen CD19 und CD3 gerichtet ist , wird zur Behandlung der Philadelphia-Chromosom- negativen akuten lymphoblastischen B-Zell -Leukämie (ALL) eingesetzt. Emicizumab , das gegen die Gerinnungsfaktoren IXa und X gerichtet ist, wird zur Behandlung der Hämophilie A eingesetzt . ^{[ 34 ]} Catumaxomab wurde 2017 aus kommerziellen Gründen vom europäischen Markt genommen. ^{[ 35 ]} Amivantamab , das gegen den epidermalen Wachstumsfaktor (EGF) und MET- Rezeptoren gerichtet ist, wird bei erwachsenen Patienten mit lokal fortgeschrittenem oder metastasiertem nicht-kleinzelligem Lungenkarzinom (NSCLC) mit Insertionsmutationen im Exon 20 des epidermalen Wachstumsfaktorrezeptors (EGFR) eingesetzt. ^{[ 36 ]} Teclistamab , das gegen CD3 und das B-Zell-Reifungsantigen (BCMA) gerichtet ist, wird zur Behandlung des multiplen Myeloms eingesetzt . ^{[ 37 ]}

• Amivantamab
• Blinatumomab
• Catumaxomab
• Cevostamab
• Emicizumab
• Ivonescimab
• Tarlatamab
• Teclistamab

 Dieser Artikel enthält gemeinfreies Material aus dem Wörterbuch der Krebsbegriffe . US National Cancer Institute .

• Eintrag zu bispezifischen monoklonalen Antikörpern im öffentlich zugänglichen NCI Dictionary of Cancer Terms
• Bispezifische Antikörper in den Medical Subject Headings (MeSH) der US National Library of Medicine