引言：今天搞個(gè)大的，啃一篇關(guān)于抗體開發(fā)中可開發(fā)性（developability）評(píng)估的 老文章 。

生物藥從早期發(fā)現(xiàn)到上市，是耗時(shí)、耗力且風(fēng)險(xiǎn)高的工作。 在藥物開發(fā)早期階段選擇并篩選這些特性，有助于節(jié)省資源，避免代價(jià)高昂的后期失敗。

這篇文章介紹了在研發(fā)不同階段，用于評(píng)估“可開發(fā)性”的多種體內(nèi)（in vivo）、體外（in vitro）和計(jì)算機(jī)模擬（in silico）方法和技術(shù)。

藥物臨床的成功最終取決于抗體在人體中的安全和有效性，但實(shí)現(xiàn)這些終點(diǎn)所依賴的基礎(chǔ)屬性包括抗體的效力、特異性、免疫原性、藥代動(dòng)力學(xué)，及其在體內(nèi)和儲(chǔ)存過程中的生物物理特征。

隨著雙抗和ADC等更為復(fù)雜的生物藥的問世，CMC及相關(guān)法規(guī)的依從性也成為商業(yè)成功的關(guān)鍵，因?yàn)樯锼幮柙诟哔|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下重復(fù)的、批量生產(chǎn)。

綜合看，上述的這些性能指標(biāo)常被統(tǒng)稱為生物藥物的“可開發(fā)性”。

01

抗體來源

抗體及其片段是目前生物藥中最大的一類分子。

抗體常來自血漿、雜交瘤細(xì)胞或重組細(xì)胞系，或是天然（動(dòng)物或人）或合成的序列。

抗體的來源和起源會(huì)影響其可開發(fā)性特征。

天然抗體，源于未經(jīng)改造的天然序列，常從（免疫）動(dòng)物或患者體內(nèi)獲得，是最常用的抗體來源。

因源自體內(nèi)，經(jīng)歷過體內(nèi)親和力成熟和自我耐受過程，往往擁有較好的可開發(fā)性，但人源和動(dòng)物源抗體依然存在顯著差異。

人源抗體免疫原性低，而非人源抗體則根據(jù)來源動(dòng)物的不同，可在患者體內(nèi)引發(fā)較強(qiáng)免疫反應(yīng)。

免疫原性風(fēng)險(xiǎn)可通過多種方式降低。如，抗體人源化，或用轉(zhuǎn)人免疫球蛋白動(dòng)物（如兔或小鼠）進(jìn)行免疫。

通過免疫獲得的抗體的一個(gè)潛在局限是：往往主要針對(duì)抗原中最具免疫原性表位，這限制表位多樣性，并可能漏掉某些重要但低免疫原性或無免疫原性抗原表位結(jié)合分子的發(fā)現(xiàn)。

此外，若免疫策略不當(dāng)，由于自身耐受機(jī)制， 與宿主高同源性靶點(diǎn)免疫后，可能無法獲得特異抗體。

為避免上述局限，合成抗體出現(xiàn)了。

合成抗體源于人工設(shè)計(jì)的重組抗體庫(kù)，借助體外展示技術(shù)進(jìn)行高通量篩選， 這類抗體技術(shù)理論上可針對(duì)任何靶點(diǎn)進(jìn)行篩選。

合成抗體技術(shù)，可去除某些已知對(duì)結(jié)合不利的氨基酸殘基，調(diào)節(jié)可變區(qū)長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)出新抗體結(jié)構(gòu)，甚至創(chuàng)造出自然界不存在的抗體庫(kù)。

然而，合成抗體未經(jīng)歷體內(nèi)親和力成熟，未經(jīng)天然進(jìn)化，可能帶來意料外的可開發(fā)性問題，如非特異性結(jié)合、免疫原性、易聚集、表達(dá)水平低等。

02

展示技術(shù)

過去幾十年，大規(guī)模展示技術(shù)使人們能構(gòu)建大規(guī)模、多樣化抗體及蛋白和肽庫(kù)，從中篩選出具有理想結(jié)合特性的候選序列。

然而，抗體的開發(fā)不僅局限于結(jié)合或親和特性，其他因素同樣影響候選抗體能否被開發(fā)為有效、可生產(chǎn)的、安全且穩(wěn)定的藥物。

這些因素包括，高濃度時(shí)的聚集傾向、非特異性結(jié)合，及抗體的藥代動(dòng)力學(xué)特性等，這些都可能導(dǎo)致開發(fā)過程中的失敗。

如果僅專注于提高親和力，可能會(huì)產(chǎn)生親和力增強(qiáng)但生物物理特性變差的變體。

可開發(fā)性問題常在完成初步發(fā)現(xiàn)、親和力優(yōu)化和選擇先導(dǎo)分子進(jìn)入臨床前被考慮。但如今，傾向于在發(fā)現(xiàn)階段更早地評(píng)估生物物理特性，避免后期時(shí)間和資金損失。

所以，與其等到輸出的幾十或上百個(gè)克隆后再篩查生物物理特性，不如利用展示技術(shù)構(gòu)建大規(guī)模變體庫(kù)，直接篩選具備良好生物物理特性的抗體變體。

篩選技術(shù)以噬菌體展示（phage display）為代表，已被應(yīng)用于篩選具備更高熱穩(wěn)定性的克隆。如，通過將文庫(kù)暴露于高溫下，篩選能與靶點(diǎn)結(jié)合（這需要正確折疊）的克隆。

也有研究將抗體文庫(kù)置于酸性條件，篩選出兼具熱穩(wěn)定性和耐聚集未折疊狀態(tài)的克隆。

其它的展示技術(shù)包括桿狀病毒展示、核糖體展示、酵母展示和高等真核細(xì)胞（如哺乳動(dòng)物細(xì)胞）展示系統(tǒng)。

其中哺乳動(dòng)物細(xì)胞展示系統(tǒng)，較其他系統(tǒng)有一定優(yōu)勢(shì)。與分泌型表達(dá)系統(tǒng)比，這種系統(tǒng)表達(dá)的抗體保留在細(xì)胞表面，通過跨膜結(jié)構(gòu)錨定，并在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或細(xì)胞表面達(dá)到局部高濃度。

在這種高濃度環(huán)境下，抗體聚集風(fēng)險(xiǎn)很大，生物物理特性不佳的克隆常在此濃度下聚集，這些聚集體會(huì)被細(xì)胞的質(zhì)控機(jī)制識(shí)別并清除，因此，這些克隆在細(xì)胞表面的展示水平會(huì)很低。

通過哺乳動(dòng)物展示系統(tǒng)檢測(cè)生物物理特性的能力，使得可以從變體文庫(kù)中篩選出具有更優(yōu)可開發(fā)性特征的克隆。

多參數(shù)流式細(xì)胞術(shù)可實(shí)現(xiàn)同時(shí)篩選抗體的最佳生物物理特性，并保留其抗原結(jié)合能力，可在不影響靶點(diǎn)結(jié)合前提下，對(duì)參與靶點(diǎn)結(jié)合的互補(bǔ)決定區(qū)（para殘基進(jìn)行優(yōu)化以提升生物物理特性。

該系統(tǒng)的強(qiáng)大能力在于，能夠創(chuàng)造出比母體抗體具有更優(yōu)生物物理特性和更低免疫原性的抗體變體。

03

生物物理表征

無論采用何種策略，抗體的發(fā)現(xiàn)都是從初期的幾十到上千個(gè)候選分子，最終篩選出一個(gè)用于細(xì)胞株開發(fā)和生產(chǎn)。

最優(yōu)候選分子，除功能屬性外，生物物理特性表征也很重要，有助于在開發(fā)早期就淘汰可開發(fā)性差的抗體。

抗體藥的一個(gè)關(guān)鍵特征是高度特異性，即對(duì)靶點(diǎn)高結(jié)合力和對(duì)非靶點(diǎn)的低結(jié)合力，這對(duì)于降低異常藥代動(dòng)力學(xué)和抗體快速清除風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。

為評(píng)估非特異性結(jié)合，常用方法是酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA），通常涉及抗體與多種非靶標(biāo)分子的結(jié)合，如單鏈DNA、雙鏈DNA、脂多糖（LPS）、胰島素以及鑰孔蟲血藍(lán)蛋白（KLH）。

除特異性外，SMAC（單層直立色譜）檢測(cè)還可以識(shí)別更易發(fā)生沉淀和聚集的抗體。非特異性結(jié)合也可能由表面疏水性引起，這通常通過疏水作用色譜（HIC）來量化檢測(cè)。

抗體藥的另一關(guān)鍵特性是高度膠體穩(wěn)定性及較低的自聚集和自交聯(lián)傾向，這一特性對(duì)皮下注射所需的高濃度制劑尤為重要。

已有多種檢測(cè)抗體自我交聯(lián)的分析方法，包括靜態(tài)光散射和動(dòng)態(tài)光散射。這些分析方法需要高濃度且高純度的抗體，難以在早期藥物開發(fā)階段應(yīng)用。其他替代方法，包括自我相互作用色譜（SIC）、交互作用色譜（CIC），及通過生物層干涉法（BLI）檢測(cè)克隆自我交聯(lián)。

抗體的第三個(gè)關(guān)鍵特性是其高度的折疊穩(wěn)定性。

考慮到抗體要需要具備數(shù)年貨架期，獲取真實(shí)時(shí)間尺度下的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)極為耗時(shí)。為了加速穩(wěn)定性分析，常采用各種應(yīng)激條件。熱穩(wěn)定性一般通過差示掃描量熱法（DSC）或差示掃描熒光法（DSF）進(jìn)行測(cè)定。

除溫度外，還可以利用表面介導(dǎo)的應(yīng)激來評(píng)估抗體的穩(wěn)定性。用表面應(yīng)激分析法評(píng)估的聚集傾向，與其他生物物理性質(zhì)評(píng)估方法（如溫度誘導(dǎo)聚集和AC-SINS）結(jié)果高度相關(guān)。

綜上所述，這些及其他體外分析方法，使藥物開發(fā)者能夠篩選出兼具多項(xiàng)優(yōu)良可開發(fā)性特征的抗體。

然而，所有體外分析方法都要求抗體的濃度和純度，需純化和制劑，不利于高通量的篩選、無法降低成本與人工勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，對(duì)抗體蛋白需求不高的，in silico方法正日益受到關(guān)注。

04

大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)及可開發(fā)評(píng)性估

通過in silicon評(píng)估可開發(fā)性尤其適用于生物治療藥物研發(fā)早期階段，此時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)極為有限，甚至沒有。

最佳的計(jì)算評(píng)估介入時(shí)機(jī)是在獲得免疫或展示實(shí)驗(yàn)得到抗體序列后，需從中篩選部分序列進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

這一階段常用的篩選策略包括基于VH-VL種系配對(duì)及表位/互補(bǔ)決定區(qū)（paratope）多樣性對(duì)抗體進(jìn)行聚類。

一次免疫篩選往往能產(chǎn)生數(shù)千條潛在陽性序列。大部分抗體在后續(xù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中并不能結(jié)合靶標(biāo)，或出現(xiàn)多種可開發(fā)性難題。

通過計(jì)算分析預(yù)先“標(biāo)記”出問題抗體，有助于優(yōu)先安排實(shí)驗(yàn)資源用于更有潛力的序列。

典型的可開發(fā)性評(píng)估包括化學(xué)降解相關(guān)基序的預(yù)測(cè)，如氧化、脫酰胺、天冬氨酸異構(gòu)化，同時(shí)也要檢測(cè)糖基化和非常規(guī)半胱氨酸殘基的存在。

還可用序列分析方法預(yù)測(cè)抗體的“人源性”百分比、“天然性”、潛在易聚集區(qū)域和MHC II類分子結(jié)合的免疫表位。

借助適度計(jì)算資源，可以對(duì)數(shù)百甚至上千種抗體結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，這些結(jié)構(gòu)模型可用于計(jì)算多種理化描述符特性如等電點(diǎn)pI、電荷、疏水分布失衡、VH-VL接口埋藏表面積以及分子表面斑塊等。

抗體等電點(diǎn)（pI）會(huì)影響抗體的藥代動(dòng)力學(xué)、組織分布、與FcRn的結(jié)合能力、純化、制劑（如穩(wěn)定性和黏度）等多個(gè)方面。一般說，治療性抗體的等電點(diǎn)通常在6到9之間。

通過將抗體的計(jì)算屬性與臨床或市場(chǎng)上已有抗體進(jìn)行對(duì)比，可以對(duì)這些候選抗體的“類藥性”進(jìn)行評(píng)估。

根據(jù)具體藥物研發(fā)項(xiàng)目的不同，先導(dǎo)分子可能還需進(jìn)行親和力成熟、人源化、分子結(jié)構(gòu)改造，及進(jìn)一步優(yōu)化以適應(yīng)開發(fā)平臺(tái)。這也需要利用計(jì)算蛋白工程工具對(duì)先導(dǎo)分子進(jìn)行優(yōu)化。

在早期開發(fā)階段，評(píng)估優(yōu)化后的先導(dǎo)分子與開發(fā)平臺(tái)的適配性。此時(shí)，計(jì)算可開發(fā)性評(píng)估應(yīng)包括對(duì)全長(zhǎng)抗體結(jié)構(gòu)的建模，以更準(zhǔn)確地描述所計(jì)算的屬性。

這一階段，采用多尺度分子模擬和機(jī)器學(xué)習(xí)模型有助于及早識(shí)別配方開發(fā)過程中的挑戰(zhàn)，如聚集、擴(kuò)散相互作用、黏度和溶解度，理化降解及免疫原性等問題。

05

結(jié)構(gòu)和分子動(dòng)力學(xué)視角

抗體的結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)特征分析是對(duì)其理化性質(zhì)（如化學(xué)修飾、抗原識(shí)別和受體結(jié)合）進(jìn)行工程改造的前提。

蛋白質(zhì)，尤其是抗體的三維結(jié)構(gòu)，并非靜止不變，而是處于動(dòng)態(tài)變動(dòng)中。這些構(gòu)象變動(dòng)發(fā)生在不同時(shí)間尺度上，從納秒到秒級(jí)不等。

在闡明抗體功能和性質(zhì)時(shí)，單一靜態(tài)結(jié)構(gòu)不足以反映其真實(shí)狀態(tài)，即便是罕見的構(gòu)象狀態(tài)，也可具有重要意義！特別是當(dāng)它們導(dǎo)致不可逆修飾或作為單向平衡的一部分時(shí)。

因此抗體的互補(bǔ)決定區(qū)（paratope）應(yīng)是溶液中所有構(gòu)象的集合。這些paratope集合體表現(xiàn)為CDR環(huán)協(xié)同運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)域間和肘部角度重排等特征。

將抗體視為溶液中的構(gòu)象集合，不僅有助于結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，還能指導(dǎo)工程化流程、識(shí)別可開發(fā)性隱患并優(yōu)化生物物理性質(zhì)。

研究表明，抗體聚集可由低豐度構(gòu)象促進(jìn)。與疏水表面的相互作用會(huì)促使抗體向更疏水的構(gòu)象轉(zhuǎn)變，而這些構(gòu)象更易發(fā)生聚集。同樣地，升高溫度也會(huì)促使構(gòu)象集合向易聚集構(gòu)象轉(zhuǎn)變，在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為不可逆聚集。

另外，抗體的結(jié)合能力和生物物理性質(zhì)均可能受電荷影響。然而，蛋白質(zhì)中氨基酸的pKa預(yù)測(cè)依然極具挑戰(zhàn)性。

因此，將抗體視為溶液中的構(gòu)象集合，能提升結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，更好地評(píng)估其生物物理性質(zhì)。

06

可開發(fā)性的細(xì)胞水平分析

對(duì)患者免疫系統(tǒng)，治療性生物大分子屬外來分子，藥物的分子結(jié)構(gòu)特征和制劑引發(fā)的免疫原性可導(dǎo)致急性或長(zhǎng)期問題。

如，固有免疫和適應(yīng)性免疫激活、急性細(xì)胞因子風(fēng)暴，或抗藥抗體（ADA）的產(chǎn)生，進(jìn)而中和藥物并降低療效。

ADA與生物藥形成復(fù)合物可能對(duì)患者產(chǎn)生不良影響，這可能與固有免疫反應(yīng)有關(guān)，導(dǎo)致抗原遞呈、炎癥因子分泌以及T/B細(xì)胞激活。

抗體免疫原性的一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素是T細(xì)胞激活及其導(dǎo)致的細(xì)胞因子釋放。為此，可采用體外免疫細(xì)胞激活分析，將候選生物藥和外周血單個(gè)核細(xì)胞（PBMC）孵育，檢測(cè)激活性T細(xì)胞表位。

實(shí)踐表明此類分析能夠測(cè)試臨床單克隆IgG抗體的免疫原性增加，如T細(xì)胞增殖和促炎細(xì)胞因子（如IL-2、IFN-γ）的釋放，并已被EMA和FDA列為重要工具。

患者體內(nèi)的真實(shí)免疫原性難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，主要因?yàn)樗幬镞f送方式、具體治療背景及人體免疫應(yīng)答的高度復(fù)雜性（包括個(gè)體HLA差異）等多種因素所致。

IgG抗體和基于白蛋白的生物藥都具有良好的體內(nèi)和跨屏障轉(zhuǎn)運(yùn)性能，在人體中的血漿半衰期平均可達(dá)三周。這一特性主要源于它們能與新生兒Fc受體（FcRn）結(jié)合。

FcRn主要存在于多種造血和非造血細(xì)胞的酸化內(nèi)體中，并以pH依賴性方式結(jié)合配體：在微酸性pH下結(jié)合，在中性pH下釋放。

通過這一過程實(shí)現(xiàn)配體的細(xì)胞內(nèi)再循環(huán)或跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)，使FcRn受體能夠“拯救”配體（如IgG或白蛋白）免受胞內(nèi)降解，從而提高藥物濃度和延長(zhǎng)半衰期。

因此，測(cè)定生物藥與FcRn的pH依賴性結(jié)合動(dòng)力學(xué)就非常重要了，這常涉及如表面等離子體共振（SPR）、微尺度熱泳和親和色譜等技術(shù)，預(yù)測(cè)FcRn介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)效率。

針對(duì)FcRn介導(dǎo)的細(xì)胞再循環(huán)和跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)的細(xì)胞分析方法已經(jīng)存在，并被用于揭示FcRn結(jié)合型分子被細(xì)胞攝取和分選的機(jī)制。如人內(nèi)皮細(xì)胞再循環(huán)分析（HERA），該細(xì)胞過表達(dá)人源FcRn，可用于篩選FcRn靶向分子的攝取能力，及其從胞內(nèi)富集和/或降解過程中的“轉(zhuǎn)運(yùn)”能力。

要充分發(fā)揮上述細(xì)胞分析方法的作用，需綜合考慮生物藥的生物物理特性。例如，F(xiàn)c-融合分子的表面電荷會(huì)通過依賴或不依賴FcRn的方式影響其在細(xì)胞內(nèi)的處理過程。

Briakinumab和Ustekinumab兩種抗體都結(jié)合相同靶點(diǎn)IL12/23的p40亞基，但它們不同的表面電荷分布導(dǎo)致在人體內(nèi)半衰期存在巨大差異。

具體說，Briakinumab的Fv結(jié)構(gòu)的電荷特性影響其與FcRn的相互作用。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)顯示，這會(huì)導(dǎo)致Briakinumab發(fā)生FcRn非依賴地細(xì)胞內(nèi)積聚，從而解釋了其較短的半衰期。

07

小鼠的臨床前藥代動(dòng)力學(xué)評(píng)估

細(xì)胞分析可以指導(dǎo)生物藥先導(dǎo)分子的篩選和設(shè)計(jì)，但候選藥物在體內(nèi)的行為還必須在可靠動(dòng)物模型中進(jìn)行評(píng)估。

非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物在生物學(xué)上與人類非常接近，但由于成本高、獲取難度大及倫理問題，在早期開發(fā)階段的應(yīng)用受到限制。

因此，更常用的是小型動(dòng)物模型，如小鼠。

這類研究須精心設(shè)計(jì)，充分考慮小鼠與人類在配體結(jié)合和表達(dá)上的物種差異。如，抗-VEGF抗體貝伐珠單抗雖能有效阻斷人血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF），但無法阻斷小鼠VEGF，這意味著小鼠無法用于該藥開發(fā)。

此外，小鼠和人類FcRn對(duì)配體的結(jié)合存在很大不同：小鼠IgG與人FcRn結(jié)合非常弱，而人IgG與小鼠FcRn的結(jié)合反而強(qiáng)于與人FcRn的結(jié)合。

這些跨物種差異推動(dòng)了人FcRn轉(zhuǎn)基因且缺失小鼠FcRn的小鼠品系的發(fā)展。這類轉(zhuǎn)基因小鼠模型中獲得的數(shù)據(jù)與非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物和臨床觀察數(shù)據(jù)高度相關(guān)，已成為人IgG類生物藥藥代動(dòng)力學(xué)評(píng)估的金標(biāo)準(zhǔn)。

在人體內(nèi)，注射用IgG和基于白蛋白的治療藥物會(huì)與大量?jī)?nèi)源性IgG和白蛋白競(jìng)爭(zhēng)FcRn的結(jié)合位點(diǎn)，這兩者在人體中的濃度分別約為12 mg/mL和40 mg/mL。

這種競(jìng)爭(zhēng)會(huì)對(duì)FcRn的配體結(jié)合位點(diǎn)造成壓力，從而影響注射IgG和白蛋白的血漿半衰期。

但由于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施要求無病原環(huán)境，小鼠體內(nèi)的內(nèi)源抗體水平很低，這可能會(huì)掩蓋候選生物藥的真實(shí)表現(xiàn)。因此，要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)藥代動(dòng)力學(xué)，這一因素必須考慮?？赏ㄟ^預(yù)先高濃度靜脈注射免疫球蛋白（IVIg）來實(shí)現(xiàn)。

使用人FcRn轉(zhuǎn)基因小鼠可避免上述問題。這些小鼠能持續(xù)分泌大量?jī)?nèi)源性白蛋白，從而為人白蛋白藥物建立了一個(gè)有競(jìng)爭(zhēng)性的環(huán)境。

更貼近生理環(huán)境的替代方法包括：使用同時(shí)表達(dá)人體FcRn但缺乏內(nèi)源性白蛋白的小鼠，并用人白蛋白進(jìn)行預(yù)先注射，類似于在研究IgG時(shí)引入IVIg或使用轉(zhuǎn)基因小鼠，將小鼠白蛋白替換為人白蛋白。

08

細(xì)胞系構(gòu)建和生物藥生產(chǎn)

多數(shù)生物藥都是價(jià)格昂貴的治療性制劑，直接用于患者體內(nèi)，因此生產(chǎn)過程必須高效、安全且可重復(fù)。

哺乳動(dòng)物細(xì)胞是市場(chǎng)上抗體類藥物最常用的生產(chǎn)宿主，但生物藥同樣可以在細(xì)菌、酵母和無細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)中制備。

采用哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)通常涉及數(shù)十億活細(xì)胞，要在大規(guī)模條件下控制和可靠復(fù)現(xiàn)其中復(fù)雜的生物學(xué)過程極具挑戰(zhàn)。

理想的細(xì)胞系需具備高效表達(dá)目標(biāo)產(chǎn)品，能穩(wěn)定傳代60代以上，具有高產(chǎn)率和一致的產(chǎn)品質(zhì)量，并且整個(gè)過程高度可復(fù)制。

生產(chǎn)細(xì)胞系早期通過隨機(jī)整合表達(dá)蛋白的基因，然后廣泛篩選高表達(dá)克??；如今則轉(zhuǎn)向更為精準(zhǔn)的方法，如靶向基因整合，以實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)量；插入更大遺傳元件，以獲得穩(wěn)健且產(chǎn)量高的細(xì)胞系；及引入多種細(xì)胞工程策略，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定一致的產(chǎn)品質(zhì)量。

盡管高產(chǎn)且穩(wěn)健的細(xì)胞系構(gòu)建方法在過去幾十年取得了顯著進(jìn)步，但生物藥的高效生產(chǎn)仍面臨持續(xù)挑戰(zhàn)。其中一個(gè)原因是生物藥分子日益復(fù)雜，復(fù)雜的異源蛋白可能帶來額外的細(xì)胞應(yīng)激甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

另一個(gè)挑戰(zhàn)來自生物藥表達(dá)系統(tǒng)的變化，常見于早期研發(fā)階段與后續(xù)生產(chǎn)階梯之間的變更。

早期常偏好瞬時(shí)人源表達(dá)系統(tǒng)，因?yàn)楦撞僮髑夷芸焖佾@得可用數(shù)量的產(chǎn)物，而商業(yè)化生產(chǎn)則更常采用CHO穩(wěn)定細(xì)胞系。

這種表達(dá)系統(tǒng)的變化會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量（如糖基化、聚集、蛋白折疊）出現(xiàn)顯著差異，因此，在切換至新的表達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)前，產(chǎn)品需進(jìn)行全面再表征。

在細(xì)胞系開發(fā)過程中，常會(huì)遇到如低產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量變化等問題，進(jìn)而影響藥物的療效、質(zhì)量和患者安全性。

藥物開發(fā)過程中，越早考慮細(xì)胞系開發(fā)因素，生產(chǎn)成功的概率就越高。

引入包含早期產(chǎn)品評(píng)估與穩(wěn)定細(xì)胞系構(gòu)建的一體化平臺(tái)，也能提升生產(chǎn)成功率。如，采用靶向整合平臺(tái)實(shí)現(xiàn)可預(yù)測(cè)的高產(chǎn)量，使得從分子發(fā)現(xiàn)到商業(yè)化生產(chǎn)都能在同一細(xì)胞系內(nèi)完成，從而極大降低批間差異并提升效率。

進(jìn)一步的靈活性可通過構(gòu)建多種糖工程細(xì)胞系文庫(kù)來實(shí)現(xiàn)，便于研究和選擇決定生物藥穩(wěn)定性、血漿半衰期和免疫原性的最優(yōu)糖基化型，最終可直接將擁有理想糖基化特征的細(xì)胞系用于大規(guī)模生產(chǎn)。

09

結(jié)論與展望

生物藥的發(fā)現(xiàn)與開發(fā)從最初主要關(guān)注高親和力和靶標(biāo)特異性、精確結(jié)合位點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)特定功能，逐步擴(kuò)展到可開發(fā)性（developability）等因素的考量。

這種更全面、注重多維度工程設(shè)計(jì)的思路，有望帶來更優(yōu)秀的藥物候選分子，同時(shí)減少藥物開發(fā)后期失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

然而，許多情況下，尤其是對(duì)全新類型的生物藥來說，什么是良好的可開發(fā)性特征并不十分明確。

在該領(lǐng)域，預(yù)計(jì)體外計(jì)算預(yù)測(cè)（in silico prediction）將在藥物發(fā)現(xiàn)早期扮演愈加重要的角色，因?yàn)橐坏┠Ｐ徒ⅲ涂商峁└咄?、低成本的分析結(jié)果。

除體外計(jì)算方法外，生物物理實(shí)驗(yàn)手段仍將在評(píng)估可開發(fā)性方面發(fā)揮作用。自動(dòng)化、微型化和數(shù)字化是藥物研發(fā)的核心趨勢(shì)。配合創(chuàng)新體外功能測(cè)定方法，這些手段有望實(shí)現(xiàn)新生物藥在早期篩選和表征階段更高效、更智能的決策。

此外，有助于生物藥開發(fā)的另一個(gè)方向是構(gòu)建和應(yīng)用更能反映臨床環(huán)境及人類藥物表現(xiàn)的動(dòng)物模型。