Methods for engineering and characterization of advanced therapeutics

QC 2024-09-05

Abstract

Världen över används proteinläkemedel för att behandla en stor mängd olika sjukdomar. De flesta läkemedelsprotein på marknaden idag är antikroppar, och en av anledningarna som har gjort antikroppar så användbara som läkemedel är deras benägenhet att binda specifikt och selektivt till andra protein med hög affinitet. Även om antikroppar i sig kan vara väldigt effektiva för att behandla diverse sjukdomar så har fältet börjat utveckla mer avancerade format och varianter. Monoklonala antikroppar är generellt sett monospecifika. I många fall är det dock fördelaktigt med bindning till två eller flera terapeutiskt relevanta protein samtidigt. För att komma runt det har bispecifika antikroppsformat utvecklats. AffiMabs är ett exempel på ett bispecifikt antikroppsformat, där en monoklonal antikropp sätts samman med ett mycket mindre affinetsprotein som heter affibody. Detta ger möjligheten att fritt och modulärt kombinera två fristående affinitetsprotein. För att uppnå detta måste först de individuella affinitetsproteinen utvecklas och för det kan proteinutvecklingsmetoder, såsom fagdisplay, användas. Även om fagdisplay möjliggör selektion av affinitetsprotein mot nya målprotein så är det inte alltid tillräckligt med bara bindning. Detta gör det nödvändigt att utveckla nya metoder för att hitta och karakterisera mer diversa bindare.

Bispecifika antikroppar utgör bara ett exempel av de avancerade läkemedelstyper som har dykt upp. Ett annat exempel på avancerade läkemedel är genterapi med adeno-associerade virus (AAV) i spetsen som en av de mest framgångsrika plattformarna. Med flera nyligen godkända läkemedel har AAV-baserad genterapi bevisat sin förmåga att användas för att bota ärvda genetiska sjukdomar, såsom spinal muskelatrofi  och hemofili, med en enda behandling. AAVers brist på målriktning har föranlett forskning för att utveckla nya typer av AAV med förbättrad målriktning. Dessa varianter har inte nått vården än men har möjligheten att ge genterapier med mindre bieffekter och högre effektiv dos i den önskade vävnaden. AAVer ställer även nya krav på kvalitetsgranskning av läkemedelsprodukten jämfört med proteinläkemedel. Då AAVer består av både protein och DNA måste både dessa delar verifieras och följaktligen täcker metoder för proteinläkemedel bara ena delen. Analys och karakterisering av det DNA som finns inuti AAV-kapsiderna är viktigt, både för läkemedelsutveckling för att försäkra sig om att rätt gen levereras, och för förståelse av de effekter behandlingen ger. Det finns idag inga standardiserade metoder för sekvensering och analys av genomen i rekombinanta AAVer men det, tillsammans med nya AAV-varianter, har möjligheten att utgöra grunden för en ny generation av AAV-baserade terapier.

Alla dessa områden utforskas i den här avhandlingen. I Studie I utvecklades nya AffiMabs för behandling av HER2-resistant magsäckscancer, där förbättrad cytotoxisk effekt observerades in vitro jämfört med ursprungsproteinerna trastuzumab och Z_EGFR. I Studie II utvecklades en metod for snabb epitopmappning på aminosyrenivå och epitoperna för tre nya antikroppar mot SARS-CoV-2 spike-proteinet bestämdes. I Studie III kombinerades fagdisplay med djupsekvensering för att möjliggöra upptäckt av affibodymolekyler med olika bindningskinetik och epitoper. I Studie IV sattes affibodymolekyler på AAV-kapsider för att uppnå receptor-specifik målriktning. Dessa kapsider visade sig både funktionella, ha bättre receptor-målriktning än ursprungs serotypen, och vara modulära, då flera olika affibodymolekyler kunde användas. Slutligen, i Studie V, utvecklades en metod för djupsekvensering och analys av DNA packat i AAV-kapsider vilket möjliggjorde identifiering av ett brett spann av olika DNA-typer som packats i AAVer.

Sammanfattningsvis utforskar studierena i den här avhandlingen ett brett urval av nya och förbättrade metoder för både utveckling och karakterisering av avancerade läkemedel.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-352670