抗體偶聯藥物ADC - 連續流合成

研究背景

抗體偶聯藥物（ADC，Antibody-drug conjugates），是將類似于化療的細胞毒性藥物與單克隆抗體連接在一起，從而實現對腫瘤組織的靶向殺傷功能。其結合了靶向療法和化療療法的作用原理，具有靶向性高，特異性強，毒副作用小等優點。

早在2015年，Jones團隊利用流動化學實現通過小分子標簽加工蛋白質(包括抗體)的可行性，并成功地利用直接的一步生物偶聯天然賴氨酸側鏈，對蛋白質和抗體進行修飾。（ 請參考：J. Flow Chem. 2015, 5, 151-154)

但在ADC中，由于抗體中有超過80個暴露的且具備反應活性的賴氨酸殘基。如此多的活性位點會使得偶聯反應產生多種偶聯混合物。ADC的連續化合成目前未見有報道。

結合之前Jones的工作，研究者決定嘗試以連續流反應器合成ADC。

ADC合成概述

通過半胱氨酸等內源性氨基酸，在二硫鍵間的連接位點合成ADC是一種常見的方法。這種偶聯方法需要對蛋白質分子進行氧化還原，以釋放活性硫醇部分。

該生物偶聯過程可分為兩個步驟: 通過三（2-羧乙基）膦（TCEP）還原抗體，然后巰基與馬來酰亞胺藥物偶聯（如圖1）。

圖1. 半胱氨酸基ADC的合成方案

這種偶聯技術具有優勢，因為其控制的藥物-抗體比（DAR）（典型DAR值在3.5 - 8之間）和相對較低的異質性，目前主要使用傳統的間歇反應器進行合成。

作者使用連續流反應器和傳統的含馬來酰亞胺藥物連接劑生產ADC，開發出一種連續制備9個半胱氨酸偶聯ADC的工藝（圖2），在幾分鐘內從天然抗體實現ADC合成，且所得ADC的目標DAR和聚集特性與市售ADC相似。

一. 連續流工藝

作者基于之前使用連續流反應器的經驗，此次使用的是V型混合器+管式反應器。實驗設計時，除了考量反應時間和溫度，管式反應器的長度也是此次工藝優化的關鍵變量。

圖2. 連續流合成流程圖

管式反應器的長度直接影響反應時間（反應器1用于TCEP還原，反應器2用于藥物偶聯。  因此，作者評估了反應器長度和產生的ADC的 DAR之間的關系（表1）。

在初步可行性研究中，作者選擇曲妥珠單抗（Trastuzumab）和藥物連接劑MMAE進行偶聯。通過反相高效液相色譜(RP)分析，將間歇反應器和連續流法生產的ADC進行了直接比較。

表1. 間歇式反應器和連續化反應結果比對

二. 工藝條件研究

• 在間歇法的生物偶聯中，通常需要超過1小時的時間來完成ADC偶聯步驟。

• 而使用管式反應器，在37℃下進行3min TCEP還原，然后在25℃下偶聯藥物 3min，得到的ADC的測量DAR值為3.2（表1，條目1）。

• 當偶聯反應時間降低到1.5 min時，得到的ADC的DA值R沒有變化（表1，條目2）。

• 偶聯時間進一步降低到0.75 min也沒有顯著降低，但將Reactor-2停留時間降低到0.38 min，得到的ADC的DAR值小于2。

• 還原步驟（Reactor-1）的時間從3min減少到1.5min也導致ADC的DAR值小于2。

三. 反應底物的拓展

作者進一步評估了其他抗體和藥物連接子，以驗證連續流化學方法合成ADC的普遍性和可靠性。

如表2所示：通過連續流反應器，作者制備9個半胱氨酸偶聯ADC，都取得了不錯的結果。

表2. 底物拓展研究實驗