Par Sino Biological - www.sinobiological.com
Les anticorps thérapeutiques sont l'une des classes de médicaments les plus vendues sur le marché pharmaceutique. Et l'avènement de l'ingénierie des anticorps et de la production recombinante a considérablement amélioré l'arsenal d'agents thérapeutiques contre les maladies aiguës et chroniques.
Introduction
L'ingénierie et la production des anticorps sont des outils essentiels dans la découverte de médicaments, fournissant des agents thérapeutiques puissants et spécifiques et des matériels de diagnostic/pronostic pour diverses maladies. Les anticorps sont des protéines produites par le système immunitaire en réponse à des envahisseurs étrangers, tels que des bactéries ou des virus. Ils peuvent se lier spécifiquement à ces envahisseurs, les neutraliser et les empêcher de nuire. Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont mis au point des méthodes pour concevoir et produire des anticorps pouvant être utilisés comme médicaments. Cet article donne un aperçu du processus d'ingénierie et de production des anticorps ainsi que de leurs applications dans la découverte de médicaments.
Historique
L'historique de l'ingénierie et de la production des anticorps dans la découverte de médicaments remonte aux années 1970 et 1980, lorsque les scientifiques ont commencé à explorer le potentiel de l'utilisation des anticorps comme agents thérapeutiques. Les anticorps de première génération provenaient de sources naturelles, telles que le sang animal, et étaient principalement utilisés comme réactifs de diagnostic.
L'une des premières étapes clés de l'histoire de l'ingénierie des anticorps a été le développement de la technologie des hybridomes par César Milstein et Georges Köhler en 1975. Cette technologie a permis la production d'anticorps monoclonaux (AcM) par la fusion d'une cellule B, qui produit un seul type d'anticorps, avec une cellule myélomateuse qui peut se diviser indéfiniment (Figure 1). Par conséquent, il était désormais possible de produire de grandes quantités d'anticorps spécifiques. Cependant, la production des premiers AcM (anticorps monoclonaux, mAbs en anglais) était limitée par la disponibilité de lignées de cellules myélomateuses appropriées (généralement de souris ou de rat) et par le fait que les hybridomes peuvent avoir un faible rendement ou être génétiquement instables.
Dans les années 1980, les scientifiques ont commencé à mettre au point des méthodes pour produire des anticorps recombinants, qui sont fabriqués à l'aide de techniques de génie génétique. Ces méthodes ont permis aux scientifiques de produire de grandes quantités d'anticorps purs et homogènes dans un environnement contrôlé. Il s'agissait d'une avancée importante, car elle permettait de fabriquer des anticorps à grande échelle en vue de leur utilisation dans le cadre des essais précliniques et cliniques.
Puis, environ une décennie plus tard, le développement de certaines technologies d’exposition telles que la présentation sur phage (Phage Display), sur levures et ou ribosomes, a permis de cribler de grandes bibliothèques d'anticorps pour des propriétés de liaison spécifiques. Ces technologies ont accéléré le processus d'identification des anticorps qui se lient à des antigènes spécifiques. Elles ont également permis d'optimiser la structure des anticorps pour améliorer leurs propriétés de liaison en utilisant des bibliothèques de mutants. Ces technologies d’exposition, en particulier sur phage, constituent une force motrice considérable pour la découverte de nombreux anticorps qui peuvent être modifiés, optimisés et produits de manière recombinante. L’obtention d’anticorps via l’exposition sur phage comporte de nombreuses étapes, dont la construction de bibliothèques d'anticorps par exposition sur phage, la sélection par panning, l'identification des AcM et l'expression recombinante des clones positifs (Figure 2). Sino Biological est spécialisé dans la production de protéines recombinantes et le développement d'anticorps. Grâce à son expertise dans la construction et le criblage de bibliothèques d'anticorps par exposition sur phage, Sino Biological fournit des services efficaces de développement d'anticorps.
Le premier médicament à base d'AcM autorisé est le muromonab-CD3 (1986), un anticorps dérivé d'hybridomes qui était utilisé pour l'immunosuppression pendant la transplantation d'organes. Le rituximab (Rituxan), autorisé par la FDA en 1997, est dirigé contre la protéine CD20 dans les lymphomes non hodgkiniens des cellules B. Il a marqué une étape importante dans le domaine de l'ingénierie et de la production d'anticorps, car il s'agissait du premier médicament à base d'anticorps fabriqué à l'aide de la technologie recombinante. Le rituximab a également été le premier AcM autorisé pour le traitement du cancer, suivi par un certain nombre d'autres AcM dans les années suivantes. Depuis lors, environ 170 anticorps et agents thérapeutiques à base d'anticorps (y compris les conjugués anticorps-médicaments) ont été autorisés ou sont en cours d'examen par les autorités à travers le monde.
Optimisation des anticorps
Outre la possibilité de produire de grandes quantités d'anticorps avec une qualité contrôlée, les avantages de la production d'anticorps recombinants incluent la capacité de générer différentes structures et dérivés d'anticorps (Figure 3), tels que les anticorps bispécifiques (bsAbs) et les protéines de fusion Fc, et d'optimiser la structure des anticorps. Ce qui peut être fait en introduisant des mutations dans les gènes des anticorps afin d'améliorer leur efficacité clinique.
Les bsAbs, conçus pour se lier simultanément à deux antigènes ou épitopes différents, ont un large éventail d'applications, telles que la réorientation des cellules effectrices immunitaires spécifiques vers les cellules tumorales et le blocage de deux voies différentes. Les protéines de fusion Fc, composées de la région Fc d'un anticorps IgG et d'une protéine liée désirée, telle que des domaines extracellulaires de récepteurs, des enzymes, des cytokines et des peptides actifs, présentent des propriétés biologiques et pharmacologiques bénéfiques supplémentaires. La principale raison de fusionner une protéine d'intérêt biologiquement active avec des Fc est que le domaine Fc contribue au prolongement de la demi-vie plasmatique. Sino Biological possède une importante expérience dans la production d'anticorps recombinants sous divers formats et propose de nombreux services et options pour répondre aux besoins spécifiques pour la recherche et la découverte de médicaments.
L'humanisation des anticorps est l'une des principales technologies d'optimisation des anticorps. Les anticorps humanisés représentent un type majeur de médicaments à base d'anticorps. L'application clinique des AcM de souris est limitée par la réaction des anticorps humains anti-souris (HAMA), qui non seulement neutralisent ces anticorps thérapeutiques, mais entraînent aussi une réaction allergique chez les patients. L'humanisation des AcM de souris par génie génétique peut atténuer leur nature hétérologue tout en maintenant leur spécificité et leur affinité. Ce qui peut améliorer la sécurité et l'efficacité thérapeutique des AcM dans les applications cliniques. Sino Biological fournit des services d'humanisation d'AcM de haute qualité en utilisant la technologie de greffage des régions déterminant la complémentarité (CDR) et la modélisation moléculaire assistée par ordinateur (Figure 4).
D'autres méthodes d'optimisation sont en pleine évolution, car le domaine de l'ingénierie et de la production d'anticorps continue de se développer. Par exemple, les scientifiques peuvent optimiser la façon dont un anticorps se lie à son antigène en utilisant des techniques telles que la maturation d'affinité pilotée par l'intelligence artificielle (IA), réalisée in silico au lieu de recourir à la maturation d'affinité in vivo qui nécessite l'utilisation d’animaux. Sino Biological propose un service de maturation d'affinité assistée par l'IA, qui est un service informatique et expérimental visant à améliorer l'affinité et la spécificité des AcM en utilisant des algorithmes d'apprentissage automatique pour prédire l'effet des mutations sur la liaison anticorps-antigène, puis en validant les prédictions dans un wet-lab (Figure 5). Ce service est utile aux chercheurs qui développent des AcM pour des applications thérapeutiques ou diagnostiques, en rendant leurs anticorps candidats plus efficaces.
Méthode de production
Une fois que les séquences d'anticorps souhaitées sont obtenues, elles doivent être produites en grandes quantités pour être utilisées dans le développement de médicaments. Pour ce faire, on cultive généralement un grand nombre de cellules, telles que les cellules rénales embryonnaires humaines 293 (HEK293) ou les cellules ovariennes de hamster chinois (CHO), qui ont été génétiquement modifiées pour produire les anticorps souhaités. Les cellules CHO et HEK293 présentent plus d'avantages par rapport à d'autres cellules hôtes, telles que E. coli et les levures, en raison de leur grande capacité de modifications post-traductionnelles, qui sont importantes pour le repliement et l'activité corrects des anticorps. Ces cellules sont cultivées dans de grands bioréacteurs et sont alimentées par les nutriments et les facteurs de croissance nécessaires. Ensuite, les anticorps sont purifiés des milieux de culture à l'aide de diverses techniques disponibles et sont prêts à être utilisés dans des études in vitro, précliniques et cliniques.
Perspectives d'avenir
Les anticorps sont devenus l'une des catégories d'agents thérapeutiques les plus efficaces pour traiter diverses maladies, notamment le cancer, les maladies auto-immunes et les maladies infectieuses. Ils sont également des outils essentiels pour la détection de biomarqueurs dans le processus de découverte de médicaments.
Les chercheurs travaillent encore à l'amélioration du processus de fabrication et au développement de nouvelles méthodes d'ingénierie et de procédures de criblage à haut débit pour produire des anticorps pouvant être utilisés lors de la découverte de médicaments. Sino Biological travaille continuellement au développement de nouveaux processus et de nouvelles méthodes pour améliorer l'efficacité et réduire le coût de la production d'anticorps. Sino Biological offre actuellement un service de production d'anticorps recombinants à haut débit, qui constitue la solution la plus avantageuse pour la production rapide d'un grand nombre d'anticorps. En réponse à l'augmentation rapide des besoins thérapeutiques, Sino Biological combine son expertise dans la synthèse de gènes, la conception de vecteurs et la technologie d'expression transitoire d'anticorps pour produire des anticorps hautement efficaces dans les cellules HEK293 et CHO en seulement 2 semaines (Figure 6).
L'avenir de la production d'anticorps recombinants devrait être déterminé par plusieurs facteurs, notamment le développement de nouvelles technologies, la demande accrue d'agents thérapeutiques et le besoin de méthodes de production plus abordables et plus efficaces. Ce domaine devrait continuer à évoluer et à s'étendre, offrant de nouvelles perspectives pour le développement d'agents thérapeutiques plus efficaces et plus accessibles.
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