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ADC的制劑與工藝開(kāi)發(fā)綜述

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引言

自2000年首個(gè)ADC Mylotarg®獲批以來(lái),ADC領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展,截至2025年,全球已有16款A(yù)DC獲批,超過(guò)300款處于臨床開(kāi)發(fā)階段。早期ADC受限于使用不穩(wěn)定的連接子(如酸可裂解的腙鍵連接子)和隨機(jī)的賴氨酸或半胱氨酸偶聯(lián),通常導(dǎo)致次優(yōu)的穩(wěn)定性和安全性特征。后續(xù)幾代ADC納入了更穩(wěn)健的連接子和位點(diǎn)特異性偶聯(lián)策略,改善了治療指數(shù)并降低了脫靶毒性。

ADC制劑開(kāi)發(fā)應(yīng)解決通常因?qū)⒖贵w與連接子和載荷偶聯(lián)而引入的不穩(wěn)定性,如連接子斷裂或聚集增加。此外,由外部因素(如儲(chǔ)存溫度、機(jī)械應(yīng)力、光照和氧化應(yīng)激)引起的物理和化學(xué)不穩(wěn)定性也可能進(jìn)一步損害ADC的穩(wěn)定性,這些應(yīng)在制劑和工藝開(kāi)發(fā)中得到解決。連接子不穩(wěn)定引起的化學(xué)問(wèn)題可能導(dǎo)致載荷過(guò)早、非特異性的釋放,使得強(qiáng)效細(xì)胞毒性載荷暴露于健康組織,引起系統(tǒng)性副作用。因此,為降低其中一些穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn),大多數(shù)已上市的ADC以凍干粉末形式供應(yīng),以增強(qiáng)制劑的保質(zhì)期并最大限度地減少降解。然而,凍干本身也引入了復(fù)雜性,需要仔細(xì)優(yōu)化輔料、循環(huán)參數(shù)和復(fù)溶穩(wěn)定性。此外,在放大和灌裝操作過(guò)程中ADC穩(wěn)定性可能受到進(jìn)一步影響,因此必須實(shí)施量身定制的工藝開(kāi)發(fā)步驟和明確定義的控制策略,以確保產(chǎn)品完整性和一致性。

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一、影響ADC穩(wěn)定性的因素

ADC的穩(wěn)定性本質(zhì)上比抗體穩(wěn)定性更復(fù)雜,因?yàn)檎系倪B接子-載荷部分引入了額外的化學(xué)問(wèn)題,并擾亂了抗體的物理化學(xué)性質(zhì)。通常疏水性載荷的偶聯(lián)會(huì)改變表面電荷、疏水性以及膠體和構(gòu)象性質(zhì),導(dǎo)致溶解度降低、聚集增加,并影響藥代動(dòng)力學(xué)。此外,連接子-載荷本身在應(yīng)激條件下容易發(fā)生化學(xué)降解。因此,ADC穩(wěn)定性應(yīng)被視為整個(gè)偶聯(lián)物的一個(gè)綜合屬性,而非其各個(gè)組成部分——抗體、連接子和載荷的簡(jiǎn)單相加。穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)大致分為兩大類(lèi):(i)物理穩(wěn)定性,包括聚集、構(gòu)象擾動(dòng),和(ii)化學(xué)穩(wěn)定性,包括抗體、連接子或載荷的化學(xué)修飾。

ADC偶聯(lián)誘導(dǎo)的內(nèi)在穩(wěn)定性

ADC需要具有高效力的載荷,因?yàn)榛诳贵w的藥物遞送系統(tǒng)限制了到達(dá)靶細(xì)胞的細(xì)胞毒性劑的絕對(duì)量,這就要求藥物在比傳統(tǒng)化療小分子所用濃度低幾個(gè)數(shù)量級(jí)的濃度下有效。大多數(shù)ADC中使用的小分子有效載荷,如Auristatin(MMAE)、美登素類(lèi)(DM1)和喜樹(shù)堿衍生物(Exatecan和Deruxtecan),都是高效力、非極性和固有疏水的。這些疏水分子的附著改變了表面電荷,增加了整體疏水性,從而降低了整體膠體和構(gòu)象穩(wěn)定性。差示掃描熒光技術(shù)和動(dòng)態(tài)光散射實(shí)驗(yàn)顯示,天然抗體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)與載荷疏水性的增加之間存在相關(guān)性。雖然更高的載藥量可以理論上增強(qiáng)藥物效力,但與高DAR相關(guān)的過(guò)度疏水性與聚集增加相關(guān)聯(lián)。相應(yīng)地,大多數(shù)商業(yè)獲批ADC的DAR通常在2至4的范圍內(nèi)。然而,Enhertu®(DAR為8)的成功推動(dòng)了一種趨勢(shì),即開(kāi)發(fā)具有更高DAR的ADC,最常使用拓?fù)洚悩?gòu)酶I抑制劑載荷(SN-38, Dxd)。向更高DAR的轉(zhuǎn)變可能會(huì)引入額外的穩(wěn)定性挑戰(zhàn),需要仔細(xì)選擇連接子和制劑。

偶聯(lián)化學(xué)和附著位點(diǎn)顯著影響ADC的物理穩(wěn)定性,影響聚集以及熱穩(wěn)定性。例如,常規(guī)的賴氨酸偶聯(lián)方法可以通過(guò)去除正電荷賴氨酸來(lái)減少表面電荷,增加聚集風(fēng)險(xiǎn)。同樣,涉及還原鏈間二硫鍵的半胱氨酸-馬來(lái)酰亞胺偶聯(lián)引入了疏水性連接子和載荷。研究表明,盡管保留了二級(jí)或三級(jí)結(jié)構(gòu),但此類(lèi)修飾通過(guò)降低整體結(jié)構(gòu)緊湊性和增加疏水性,降低了親本抗體的穩(wěn)定性。位點(diǎn)特異性偶聯(lián)策略,如工程化半胱氨酸或酶法等,能夠?qū)崿F(xiàn)合理的位點(diǎn)選擇以優(yōu)化穩(wěn)定性,這一點(diǎn)至關(guān)重要,因?yàn)榕悸?lián)位點(diǎn)的位置可以調(diào)節(jié)疏水性、聚集傾向和構(gòu)象穩(wěn)定性。例如,在埋藏區(qū)域的偶聯(lián)可以屏蔽疏水性載荷并減少聚集,而靠近溶劑暴露區(qū)域的偶聯(lián)通常會(huì)增加疏水性和聚集。

連接子設(shè)計(jì)在ADC中不斷發(fā)展,不僅是為了控制載荷釋放,也是為了調(diào)節(jié)偶聯(lián)物的疏水性和穩(wěn)定性。早期連接子的設(shè)計(jì)主要基于其斷裂機(jī)制和系統(tǒng)性穩(wěn)定性。連接子類(lèi)型大致可分為四類(lèi):酸可裂解、氧化還原可裂解、酶可裂解和不可裂解。除了這些裂解機(jī)制之外,最近連接子架構(gòu)已被優(yōu)化以納入親水性或帶電性基團(tuán),如聚乙二醇或氨基酸殘基,以增強(qiáng)溶解度并最大限度地減少與疏水性載荷偶聯(lián)相關(guān)的ADC聚集。

外部應(yīng)激引起的ADC不穩(wěn)定性

在開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品生命周期中引入的外部應(yīng)力因素,如熱、pH、凍融或機(jī)械應(yīng)力以及光照,可導(dǎo)致ADC降解。這些外部應(yīng)激對(duì)親本抗體分子的影響可導(dǎo)致物理化學(xué)變化,如蛋白質(zhì)聚集、片段化和變性。一項(xiàng)研究表明,與親本抗體相比,升高的溫度會(huì)影響ADC的物理化學(xué)穩(wěn)定性。ADCs通常表現(xiàn)出較低的熱應(yīng)力耐受性,這可能會(huì)使疏水區(qū)域失穩(wěn)并暴露出來(lái),從而增加聚集傾向。熱敏感的程度隨連接子類(lèi)型和載荷疏水性而變化。一項(xiàng)研究評(píng)估了賴氨酸連接的ADC Trastuzumab emtansine與其親本Trastuzumab在攪拌、凍融、pH應(yīng)力以及熱應(yīng)力下的穩(wěn)定性。總體而言,與親本抗體相比,ADC的聚集隨所施加應(yīng)力的變化而增加,即使在低至25°C的溫度下也是如此,而凍融應(yīng)力未觀察到顯著變化。這種降解歸因于藥物-連接子的存在,導(dǎo)致了反相液相色譜圖譜的改變以及構(gòu)象穩(wěn)定性的降低,影響了分子在施加的外部應(yīng)力下的整體穩(wěn)定性。

連接子和載荷的存在會(huì)在ADC中引入額外的pH依賴性化學(xué)不穩(wěn)定性,超出了對(duì)親本抗體充分表征的pH效應(yīng),如異構(gòu)化和脫酰胺。這種敏感性可導(dǎo)致細(xì)胞毒性載荷的過(guò)早裂解。具體而言,含有酸可裂解連接子的腙鍵部分在pH 5.0下半衰期短,導(dǎo)致當(dāng)DP制劑緩沖液的pH不適宜時(shí)發(fā)生載荷的過(guò)早釋放。目前常用的酶可裂解二肽基連接子(如纈氨酸-瓜氨酸或纈氨酸-丙氨酸)被設(shè)計(jì)為在制劑和儲(chǔ)存條件下基本保持穩(wěn)定,僅在細(xì)胞內(nèi)化和溶酶體蛋白酶加工后才進(jìn)行有效裂解。

由于其他學(xué)結(jié)構(gòu)和細(xì)胞毒性活性所需的反應(yīng)性官能團(tuán),ADC中使用的一些小分子載荷對(duì)光敏感。一項(xiàng)研究表明,ADC在相對(duì)溫和的光照暴露下顯示出光降解,包括氧化,而這在其對(duì)應(yīng)的僅抗體部分中并未觀察到。這種光敏性強(qiáng)烈依賴于載荷類(lèi)型,對(duì)與喜樹(shù)堿衍生物Exatecan偶聯(lián)的ADC影響最大,因?yàn)闇y(cè)量到了大量活性氧(ROS)的存在;趯(duì)其它喜樹(shù)堿衍生物的研究,光降解涉及內(nèi)酯環(huán)開(kāi)環(huán),表明pH可能是喜樹(shù)堿衍生物ADC光敏性的重要因素之一。

此外,氧化應(yīng)激也可由金屬氧化劑如Cu(II)和Fe(II/III)產(chǎn)生的ROS以及/或在制造過(guò)程中引入,例如通過(guò)發(fā)酵培養(yǎng)基、緩沖液/輔料(包括表面活性劑)、隔離器滅菌、容器封閉系統(tǒng)所誘導(dǎo)。研究發(fā)現(xiàn),這些金屬催化反應(yīng)不僅導(dǎo)致氧化,還會(huì)導(dǎo)致半胱氨酸和賴氨酸偶聯(lián)的ADC的聚集和片段化變化。結(jié)果表明,偶聯(lián)并未使ADC比親本抗體更容易發(fā)生化學(xué)修飾,然而,與親本抗體相比,在額外氧氣暴露下觀察到了增加的聚集。

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二、已上市ADC的制劑情況

大多數(shù)獲批的ADC制劑包含一種緩沖劑和一種穩(wěn)定劑,以及一種非離子表面活性劑(通常是聚山梨酯),并且其濃度配制在20 mg/mL以下,Blenrep®例外,為50 mg/mL。相對(duì)較低的DP濃度反映了這些強(qiáng)效藥物所需的低劑量(通常遠(yuǎn)低于10 mg/kg)及其靜脈給藥途徑,這避免了與皮下注射相關(guān)的體積限制。此外,所列的獲批ADC中只有一款以液體形式上市,即Elahere®,盡管這對(duì)于已獲批ADC來(lái)說(shuō)不常見(jiàn),但可能表明了近年來(lái)向液體ADC制劑產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)。盡管液體劑型具有優(yōu)勢(shì)(無(wú)需復(fù)溶,臨床給藥更快),但凍干DP形式占主導(dǎo)地位,主要是為了增強(qiáng)保質(zhì)期和穩(wěn)定性。

所有輔料都是抗體制劑中常見(jiàn)的輔料。雖然組氨酸緩沖液仍然是主要選擇(在公開(kāi)的ADC制劑中占50%),但緩沖液類(lèi)型和pH范圍的整體分布比傳統(tǒng)抗體制劑更具異質(zhì)性?贵w通常配制在pH 5-7(平均約5.8),而ADC制劑涵蓋了從pH 5.0至8的更寬pH范圍。這種更寬的分布可能反映了除了抗體本身之外,偶聯(lián)的連接子-載荷所施加的額外穩(wěn)定性限制。在商業(yè)ADC中使用的兩種主要偶聯(lián)方法中,半胱氨酸-馬來(lái)酰亞胺偶聯(lián)的ADCs通常配制在微酸性條件下,介于5.3至6.6之間,推測(cè)是為了防止硫代琥珀酰亞胺環(huán)的水解并維持ADC在長(zhǎng)期儲(chǔ)存中的物理穩(wěn)定性。相比之下,賴氨酸偶聯(lián)的ADCs的制劑緩沖液pH范圍涵蓋了酸性(pH 5)和堿性(pH > 7.5),反映了產(chǎn)物對(duì)水解的敏感性降低。具體來(lái)說(shuō),賴氨酸偶聯(lián)產(chǎn)品的微堿性制劑對(duì)應(yīng)于含有酸不穩(wěn)定的腙連接子的ADCs(Mylotarg®和Besponsa®),以避免載荷在制劑緩沖液中釋放。

大多數(shù)獲批的ADC含有一種或多種腸胃生物制品中常見(jiàn)的輔料。值得注意的是,所有產(chǎn)品都含有雙糖,如蔗糖或海藻糖,其中16種中有12種含蔗糖,其余含海藻糖。甘露醇,一種糖的衍生物,也存在于Aidixi™和Tivdak®中。這些糖被報(bào)道通過(guò)優(yōu)先排除機(jī)制穩(wěn)定抗體的構(gòu)象穩(wěn)定性,有利于蛋白質(zhì)的折疊狀態(tài),并在凍融和凍干過(guò)程中充當(dāng)冷凍保護(hù)劑。雖然這些機(jī)制在抗體中已有充分描述,但它們?cè)贏DC穩(wěn)定性中的作用仍然有限。在16種上市的ADC中,有兩種出現(xiàn)了額外的穩(wěn)定劑:Dextran 40(Mylotarg®)和NaCl(Mylotarg®中100 mM NaCl,Besponsa®中10 mM NaCl)。有趣的是,研究發(fā)現(xiàn)與親本抗體相比,高離子強(qiáng)度(> 50 mM NaCl)的制劑通常會(huì)導(dǎo)致ADC的聚集和片段化增加,這歸因于偶聯(lián)誘導(dǎo)的疏水相互作用,特別是在DAR增加時(shí)。此外,輔料NaCl通常在凍干制劑中避免使用,因?yàn)樗诶鋬龊透稍镞^(guò)程中傾向于結(jié)晶,這會(huì)損害餅塊完整性,因此通常在ADC產(chǎn)品中不太可能作為輔料包含。

雖然含有喜樹(shù)堿載荷的ADC容易發(fā)生光降解,但目前上市的ADC產(chǎn)品中沒(méi)有一個(gè)包括光敏抗體制劑中常用的抗氧化劑,如甲硫氨酸。最近的研究表明,與親本抗體相比,優(yōu)化緩沖液和輔料選擇可以減輕光誘導(dǎo)的ADC降解。例如,組氨酸緩沖液可以充當(dāng)清除劑,盡管在光應(yīng)激下觀察到了pH變化。通過(guò)摻入如甲硫氨酸、抗壞血酸或蔗糖等輔料可以實(shí)現(xiàn)額外的保護(hù)。相反,在DP層面的緩解策略主要依賴于保護(hù)性包裝,如琥珀色西林瓶。關(guān)于金屬催化的氧化降解,只有一款產(chǎn)品Blenrep®含有螯合劑(乙二胺四乙酸,EDTA),以保護(hù)其auristatin載荷。EDTA可以通過(guò)螯合催化ROS形成的金屬離子來(lái)發(fā)揮保護(hù)性抗氧化作用。

非離子表面活性劑,特別是聚山梨酯20(PS20)和聚山梨酯80(PS80),在ADC制劑中無(wú)處不在,用于防止聚集,包括攪拌誘導(dǎo)的聚集和不希望的表面吸附,由于ADC相對(duì)于未偶聯(lián)的親本抗體具有更高的疏水性,這種吸附可能更為明顯。ADC DP中50%含有PS80,而37.5%含有PS20,12.5%不含表面活性劑。ADC中的表面活性劑濃度(通常0.02-0.1% w/v)與抗體中使用的相當(dāng)。

現(xiàn)有的信息表明ADC制劑策略在某種程度上與經(jīng)典抗體制劑規(guī)范既有重疊又有不同。核心輔料如雙糖和非離子表面活性劑對(duì)這兩種模態(tài)仍然常見(jiàn);然而,ADC引入了由連接子-載荷部分驅(qū)動(dòng)的額外考量。這些限制表現(xiàn)為更寬的pH范圍、更窄的緩沖液和輔料選擇。早期認(rèn)識(shí)到這些趨勢(shì)對(duì)于設(shè)計(jì)穩(wěn)健且適用的ADC制劑至關(guān)重要,這些制劑需平衡抗體穩(wěn)定性原則與ADC連接子-載荷偶聯(lián)帶來(lái)的問(wèn)題。

-04-

三、ADC制劑開(kāi)發(fā)策略

雖然許多原則與抗體開(kāi)發(fā)一致,例如在質(zhì)量源于設(shè)計(jì)(QbD)框架內(nèi)進(jìn)行物理化學(xué)穩(wěn)定性篩選,并輔以相關(guān)的分析和統(tǒng)計(jì)工具,但ADC開(kāi)發(fā)因連接子-載荷偶聯(lián)而引入了額外的復(fù)雜性。這些獨(dú)特的屬性要求量身定制的方法,在不犧牲開(kāi)發(fā)時(shí)間表的前提下,確保具有所需保質(zhì)期的穩(wěn)定DP。此外,旨在改善治療窗口和降低毒性的下一代ADC技術(shù)的出現(xiàn)帶來(lái)了進(jìn)一步的挑戰(zhàn),包括多樣的偶聯(lián)化學(xué)和更多變的抗體支架。

早期篩選或“可開(kāi)發(fā)性”評(píng)估對(duì)于抗體和ADC候選物都至關(guān)重要,可以為先導(dǎo)化合物選擇提供信息。這些篩選利用計(jì)算機(jī)模擬和體外工具,可以識(shí)別穩(wěn)定性問(wèn)題并為制劑設(shè)計(jì)提供信息?贵w未偶聯(lián)中間體的制劑開(kāi)發(fā)應(yīng)考慮預(yù)期的儲(chǔ)存條件(即≤ −65°C),這與最終ADC DP或典型的僅抗體DP制劑(通常儲(chǔ)存于2-8°C)形成對(duì)比。此外,應(yīng)考慮輔料與偶聯(lián)步驟的兼容性,以盡量減少緩沖液置換并避免干擾偶聯(lián)反應(yīng)的組分,例如賴氨酸偶聯(lián)中的伯胺輔料(如組氨酸)。表面活性劑也應(yīng)排除,因?yàn)樗鼈冸y以去除并可能掩蔽反應(yīng)位點(diǎn),從而破壞偶聯(lián)化學(xué)。

早期優(yōu)化親本抗體配方可以加速時(shí)間表并緩解供應(yīng)限制,因?yàn)榭贵w材料通常比偶聯(lián)和工藝開(kāi)發(fā)更早獲得。在可行時(shí)應(yīng)采用高通量、基于平板的篩選方法,以節(jié)約材料并加速開(kāi)發(fā)。偶聯(lián)常常損害分子穩(wěn)定性,因此可接受的抗體穩(wěn)定性并不能確保ADC穩(wěn)定性。為緩解ADC特定的問(wèn)題,量身定制的制劑開(kāi)發(fā)應(yīng)納入如糖、表面活性劑等輔料。系統(tǒng)性的策略應(yīng)包括在加速和應(yīng)激條件下篩選pH和緩沖系統(tǒng)以及輔料評(píng)估。鑒于ADC的疏水性質(zhì)和通常較低的DP濃度,從而增加了表面吸附的風(fēng)險(xiǎn),表面活性劑的選擇應(yīng)仔細(xì)評(píng)估。在此,聚山梨酯降解是液體劑型中已知的挑戰(zhàn),因?yàn)榧词故莵?lái)自宿主細(xì)胞的痕量脂肪酶也能驅(qū)動(dòng)降解?梢允褂谜环治龇椒ㄒ约拌b定和脂肪水解活性測(cè)定進(jìn)行仔細(xì)監(jiān)測(cè)。可以使用更高的聚山梨酯濃度,同時(shí)平衡聚山梨酯降解產(chǎn)生的過(guò)氧化物和脂肪酸的影響。鑒于早期階段制劑和當(dāng)前商業(yè)ADC產(chǎn)品強(qiáng)烈偏好凍干劑型,凍干可以防止時(shí)間依賴性聚山梨酯降解和顆粒形成。另一方面,應(yīng)優(yōu)化制劑參數(shù)以確保成功凍干,特別是在預(yù)期商業(yè)制劑時(shí)。這包括例如避免高鹽濃度和磷酸鹽緩沖液(可導(dǎo)致結(jié)晶和餅塊結(jié)構(gòu)不良的風(fēng)險(xiǎn)),或揮發(fā)性緩沖液組分如醋酸。然而,應(yīng)用于其他免疫偶聯(lián)物的冷凍液體DP形式,可能代表了可行的替代方案,特別是對(duì)于早期臨床試驗(yàn)。最后,主要包裝考量,通常是ADC的玻璃西林瓶,應(yīng)在開(kāi)發(fā)早期整合。

參考文獻(xiàn):

Antibody-Drug Conjugates Drug Product Formulation and Process Development, Scalability and Stability Considerations. AAPS PharmSciTech. 2026 Jun 4;27(5):224

       原文標(biāo)題 : ADC的制劑與工藝開(kāi)發(fā)綜述

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