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    細胞膜蛋白芯片介紹

    細胞膜蛋白芯片| 如何規避在研單抗藥物非特異性風險?

     

    單克隆抗體藥物已然成為生物醫藥研發領域的新寵,全球市場競爭激烈,各國都在競逐單抗藥物研發市場。僅針對2020年爆發的新冠病毒肺炎,目前就有大約60多個治療性單抗藥物處在研發和臨床試驗階段1。有文獻根據科睿唯安(Clarivate Analytics)的Cortelis數據庫分析表明全球共記錄大約有2400多個處于研發和商業階段單克隆抗體藥物,其中處于發現階段的單抗藥物大約有1800多個,處于臨床試驗階段的大約有1100多個,上市的單抗藥物截止到2019年總共有133個2。據國際抗體協會的數據統計截止到今年2月份,美國的在研單抗藥物數量達到了760多個,其中上市的有94個單抗藥物,并且有17個單抗藥物處在審批階段。中國在研單抗藥物數量超過350個,其中國內上市的有28個,而根據國家藥品監督管理局的數據統計,目前國產單抗藥物只有13種??梢妵H單抗藥物的研發競爭態勢異常激烈,加快單抗藥物研發進程對于我國在該領域建立戰略性優勢具有重大意義。


      
    在單抗藥物的研發和IND申請進程中,藥物的安全性評價是關鍵一環。David Cook等專家對AstraZeneca公司在2005-2010年期間在研的142種小分子藥物進行了追蹤研究,發現62%的藥物由于脫靶被暫停研發3。而對于單抗藥物來說,抗體靶點的多特異性也給單抗藥物用藥安全性帶來了巨大隱患。美國Integral Molecular公司通過膜蛋白質組芯片技術(Membrane Proteome Array,MPA),對美國市場上在研的一大批單抗藥物做了靶點特異性鑒定,發現23%的抗體都具有靶點多特異性(圖1),說明脫靶問題也同樣是單抗藥物研發面對的巨大挑戰。
    圖1 在研藥物脫靶情況分析
    在Integral Molecular公司鑒定的這些抗體中,既有在臨床II期實驗比較順利,并被大型藥企高額收購的單抗;也有因為致死性副作用被叫停退出臨床研究的單抗。通過MPA膜蛋白芯片技術的檢測,均發現了這些抗體的多特異性問題(圖2)。如果有好的技術手段能夠在研究階段就確定單抗藥物是否具有多特異性的問題,那么無論對于藥物研發團隊還是對于收購藥物的公司來說,都將避免巨大的資源浪費和公司市值的動蕩。同時,對于病人來說,也減少了面對“生與死”的風險。

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    圖2 單抗藥物脫靶鑒定經典案例
    那么,如何規避在研單抗藥物非特異性風險呢?
    我們就不得不對上文中提到的美國Integral Molecular公司以及它的MPA膜蛋白質組芯片技術進一步介紹了。Integral Molecular公司成立于2001年,總部位于美國費城。Integral Molecular公司專注于膜蛋白技術領域的技術開發和服務已經有20年了,積累了大量的膜蛋白研究經驗。
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    圖3. 美國Integral Molecular公司全家福
    Integral Molecular公司現任CEO Ben Doranz博士等6名資深專家創造性地開發了將5300余種膜蛋白表達于活細胞表面的技術,即膜蛋白質組芯片(Membrane Proteome Array,MPA)技術。由于膜蛋白,例如GPCR蛋白往往具有多次跨膜結構的,如果單純的將膜蛋白表達純化出來,置于普通載體上,幾乎不可能保持正確的空間構象,也就失去了GPCR等膜蛋白的活性。而將膜蛋白表達于細胞膜的表面,由于有磷脂雙分子層的立體支撐,膜蛋白就能夠保持正確的空間構象(圖4),進而能夠完成一系列基于膜蛋白的科學研究。而這些膜蛋白正是大分子抗體藥物的主要作用靶點,或毒副作用的靶點。
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    圖4. 膜蛋白結構示意圖
    MPA膜蛋白質組芯片技術是將5300種人類膜蛋白(涵蓋了人類94%的膜蛋白,包含所有的蛋白質類別,例如單次跨膜、多次跨膜和GPI錨定蛋白)表達于384孔板培養的活的人類細胞膜表面,以確保所有的膜蛋白具有正確的空間構象(圖5)。
    圖5. MPA膜蛋白組芯片基本介紹
    MPA的實驗過程是將總量不超過500ug的抗體藥物逐孔加入384孔板中,通過流式細胞儀技術鑒定抗體藥物是否與細胞膜上的膜蛋白產生結合,并對陽性結果通過量化滴定實驗進行驗證,以確保實驗結果的準確性。
    由于MPA膜蛋白質組芯片技術完美解決了膜蛋白篩選和鑒定的諸多難題,一經推出,便在抗體研究領域引發了強烈反響,迅速成為單抗藥物靶點特異性鑒定的金標準技術,受到國內外IND評審專家的一致推薦。截止目前,Integral Molecular公司先后已經為超過400家醫藥企業和科研院所,推進過2000+單抗藥物研究項目。在Nature、Cell、Science等頂級期刊發表的文獻已經超過250篇(圖6)。
    同時,MPA膜蛋白質組芯片技術在孤兒抗體的靶點篩選、新免疫檢查點發現、特異性CAR-T細胞篩選、新的病毒受體發現等研究中也發揮著巨大作用(詳見其他網頁)。

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    圖6. MPA膜蛋白組芯片的應用現狀
    那么,中國單抗藥物研究團隊是否能夠享受這種技術福利呢?
    眾所周知,上海華盈生物醫藥科技有限公司(華盈生物)是中國國內蛋白芯片技術服務領域的標桿企業,華盈生物專注于蛋白芯片技術的研發與推廣已接近10年時間,在國內和國外同行間形成了良好的口碑。華盈生物與美國fullmoon、CDI、Bio-Techne、Raybiotech等專業的蛋白芯片公司均形成了穩固的合作關系,服務產品也已經覆蓋了小分子靶點篩選、磷酸化信號通路篩選、細胞因子動態監測等藥物開發和藥理研究的方方面面。
    圖7. 華盈生物藥物研究相關的蛋白芯片平臺體系
    基于華盈生物在蛋白芯片領域“專注、專業”的口碑,美國Integral Molecular公司于2021年3月1日起,正式授權華盈生物為Integral Molecular公司在中國特約經銷服務商(Exclusive Collaboration Relationship),以作為Integral Molecular公司MPA膜蛋白質組芯片業務全球戰略的重要一環(圖8)。有了華盈生物的參與,Integral Molecular公司不僅能夠在中國大陸市場獲得更加廣闊的市場預期。更重要的是,通過華盈生物自身蛋白芯片技術服務團隊在MPA整個服務流程上的專業管控,中國國內的單抗藥物研發團隊將能夠獲得與美國同行同等品質和便捷的膜蛋白芯片服務,從而進一步提升Integral Molecular公司MPA膜蛋白質組芯片業務在中國市場的口碑。
    有了MPA膜蛋白質組芯片業務的幫助,相信中國的單抗藥物研發團隊的研發和IND申報速度將會得到質的提升。同時,MPA也將會大大減少單抗藥物在研發和臨床實驗中不必要的浪費,從而為加速中國抗體藥物的研發進展,占領抗體藥物市場的橋頭堡作出貢獻。

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    圖8:Integral Molecular公司中國區經銷服務商排他性授權書

    參考文獻

    1.  Kaplon H and Reichert JM. Antibodies to watch in 2021.MAbs,2021;13(1):1860476.  
    2.   高倩, 江洪, 葉茂, 郭文娟. 全球單克隆抗體藥物研發現狀及發展趨勢.中國生物工程雜志,2019,39(3):111-119.
    3.  David Cook 1, Dearg Brown 1, Robert Alexander, et al. Lessons learned from the fate of AstraZeneca's drug pipeline: a five-dimensional framework. Nat Rev Drug Discov. 2014 Jun;13(6):419-31.