Rekombináns gyógyszerek mikrobiális sejtekből: egy 2015-ös frissítés

Cellagyárak

A korai rekombináns DNS idők óta a sejtfiziológia és a stressz, valamint a heterológ génexpresszióban és fehérjetermelésben részt vevő tényezők egyre növekvő megértése lehetővé tette különböző élő gyárak, nevezetesen prokarióta és eukarióta sejtek, növények vagy állatok használatát. E rendszerek alkalmazásával a rekombináns termelés megoldja a források rendelkezésre állásának problémáit, biológiailag biztonságos és zöld folyamatnak tekinthető, és lehetővé teszi az aminosav-szekvenciák és ezáltal a fehérje funkciójának módosítását, hogy a terméket jobban hozzáigazítsák a kívánt funkcióhoz . A rekombináns fehérjék előállításához rendelkezésre álló expressziós rendszerek széles és egyre növekvő spektruma áll rendelkezésre . Az Escherichia coli volt az uralkodó platform, amikor a biofarmáciai ágazat az 1980-as években megjelent, majd ezt követte az élesztő Saccharomyces cerevisiae megvalósítása. Mindkét rendszer és a kapcsolódó genetikai módszerek szokatlanul sokoldalúak, így alkalmazkodnak a különböző termelési igényekhez . Annak ellenére, hogy a rovarsejteket kezdetben sikeres rendszerként fedezték fel, különösen a vakcinaorientált fehérjék esetében, napjainkban az emlős sejtvonalak (leginkább a CHO sejtek) az uralkodó állati eredetű sejtrendszerek, mivel alkalmasak kényelmesen glikozilált fehérjék előállítására (1. ábra). A transzláció utáni módosítások elvégzésének képessége ellentétben áll a komplex táplálkozási követelményekkel, a lassú növekedéssel és törékenységgel, valamint a viszonylag magas termelési időzítéssel és költségekkel. Így a fehérje előállítására szolgáló számos hagyományos és újonnan megjelenő sejtalapú rendszer közül a baktériumok, az élesztő és az emlős sejtvonalak a legelterjedtebbek a biofarmában, és mind a prokarióta, mind az eukarióta rendszerek folyamatosan fejlődnek és versengenek tulajdonságaik javítása és intenzívebbé válása érdekében, mint a fehérje gyógyszerek előállításának választott platformjai . Bár a baktériumok elvesztették korai vezető szerepüket a területen , a forgalomba hozott biofarmakonok mintegy 30 %-át még mindig ebben a rendszerben állítják elő , amit a prokarióta sejtek szokatlan fiziológiai és genetikai manipulálhatósága is alátámaszt .

Az új fehérje-előállítási platformok kifejlesztésének fő célja valójában a gyógyszerfunkció fokozása a sikeres fehérjehajtogatás és poszttranszlációs módosítások elérése révén, a prokarióta sejtkultúrához kapcsolódó alacsony komplexitás és nagyfokú rugalmasság megtartása mellett. Ebben az összefüggésben a Gram-pozitív baktériumok, mint a Bacillus megaterium és a Lactococcus lactis lehetővé teszik a hatékony fehérjeszekréciót endotoxikus sejtfalkomponensek hiányában, míg a fonalas gombák (mint a Trichoderma reesei, ), a moha (Physcomitrella patens, ) és az egysejtűek (Leishmania tarentolae, ) az emlősök fehérjéihez hasonló glikozilációs mintázatot eredményeznek, de az emlős sejteknél szükségesnél egyszerűbb módszerekkel termesztve. Kifejezetten a kiváló minőségű fehérje gyógyszerek előállítására szolgáló új (bakteriális és nem bakteriális) platformok részletes leírása máshol található. Az E. coli endotoxinmentes törzsének közelmúltbeli kifejlesztése és annak alkalmazása fehérjék és fehérjeanyagok előállítására megnyitja az utat az orvosbiológiai felhasználásra szánt fehérjék költséghatékony és sokoldalú előállításához az endotoxin eltávolítási lépések kihagyásával, ezáltal javítva a biológiai biztonságot és csökkentve a gyártási költségeket . Remélhetőleg mindezek az új rendszerek hamarosan jobb termékeket kínálnak a még mindig egyszerű és teljesen ellenőrzött biogyártási megközelítésekben.

A fehérje biofarmakonok trendjei

Majdnem 400 rekombináns fehérje alapú terméket állítottak elő sikeresen és hagytak jóvá biofarmakonként , amely kifejezés olyan terápiás termékekre utal, amelyeket élő szervezeteket bevonó technológiákkal állítanak elő . További 1300 fehérjejelölt van fejlesztés alatt, amelyeknek mintegy 50 %-a preklinikai vizsgálatokban, további 33 %-a pedig klinikai vizsgálatokban van (2. ábra). Ebben az összefüggésben a következő években a jóváhagyások számának növekedése várható. Az Eli Lilly & Co által a 70-es években kifejlesztett Humulin, egy E. coli baktériumban előállított rekombináns humán inzulin volt az első (az FDA által) 1982-ben engedélyezett biofarmakon. Más természetes fehérjék, például hormonok, citokinek és antitestek (Orthoclone OKT3) voltak az 1980-as években engedélyezett egyetlen kilenc termék között (1. táblázat). Napjainkban a rekombináns biofarmakonok által leginkább támogatott terápiás területek az anyagcserezavarok (pl. 1-es és 2-es típusú cukorbetegség, elhízás vagy hipoglikémia), a hematológiai betegségek (pl. vesevérszegénység, hemofília A, vérzési vagy alvadási zavarok) és az onkológia (pl. melanoma, mell- vagy vastagbélrák), a jóváhagyások 24, 18 és 15 %-ával (3. ábra). Ebben a tekintetben az onkológia egyértelműen bővülő piac. A 2010-2014 közötti időszakban az 54 engedélyezett biofarmakonból 9 daganatellenes gyógyszer volt, a rák a leggyakoribb indikáció ebben az időszakban. A biofarmakonok molekuláris alapjait vizsgálva egyértelmű tendencia figyelhető meg az antitest-alapú termékek irányába. Ugyanebben az időszakban (2010-2014) az 54 engedélyezett fehérjealapú gyógyszer közül 17 volt monoklonális antitest (31,5%), szemben az 1980-1989 közötti 11%-kal. Továbbá a 2014-ben világszerte legjobban értékesített tíz fehérjebiogyógyszer közül (2. táblázat) hat antitest vagy antitestből származó fehérje (Humira, Remicade, Rituxan, Enbrel, Avastin, Herceptin; http://qz.com/349929/best-selling-drugs-in-the-world/).

Előtte, a biofarmakonok a természetes fehérjék rekombináns változatai voltak, amelyek aminosavsorrendje megegyezett a natív változatokéval (csak kisebb módosításokkal, amelyek gyakran a klónozási stratégiából adódtak). Az 1990-es évek óta az engedélyek jelentős része a rekombináns fehérjék erősen módosított formáin alapul. Ez az újszerű, fehérje- vagy doménfúzión és csonka változatokon alapuló alternatíva a lehetséges kombinációk széles spektrumát kínálja a természetben együtt nem előforduló, különböző egyesített aktivitású új biofarmakonok előállításához.

Proteingyógyszerek a rák kezelésére

Az onkológia egyike a biofarmáciai piacot uraló terápiás indikációknak, mivel a rák világszerte a megbetegedések és halálozások egyik fő oka. A sebészet és a sugárterápia hatékonyan gyógyítja a rákot a betegség korai stádiumában, azonban az áttétes betegséget nem képesek felszámolni. A mikrometasztázisok vagy klinikailag nyilvánvaló áttétek jelenléte a diagnózis felállításakor megköveteli a genotoxikus kemoterápiával kombinált alkalmazásukat a gyógyulási arányok növelése érdekében . Mindazonáltal a kemoterápia sikerét hátráltatja a szelektivitás és a specifitás hiánya, így a normális szövetekre gyakorolt toxicitás korlátozza a betegeknek adható dózist. A rákot kiváltó specifikus molekuláris célpontok gátlására képes biofarmakonok (például az anti-Her2-Trastuzumab- vagy anti-VEGF-Bevacizumab- monoklonális antitestek) kifejlesztése ebbe az irányba halad .

A forgalomba hozott fehérje biofarmakonok közel 24%-át (94 terméket) tumorellenes terápiákban használják. E termékek többségét szupportív célokra használják, amelyek célja a kemoterápia mellékhatásainak, általában a neutropeniának vagy a vérszegénységnek a minimalizálása (néhány reprezentatív példát a 3. táblázat mutat be). E 94 termék közül 19 valódi tumorellenes gyógyszer, amelyek 69 %-át E. coliban állítják elő (4. ábra), és amelyek mesterséges aminosav-szekvenciákon, fehérjefúziókon és egyetlen fehérjetartományon alapulnak (4. táblázat).

Tömbös, a módosított fehérje változatok a legelterjedtebbek a rákterápiákban a természetes polipeptidekkel szemben. Releváns példaként a Ziv aflibercept egy CHO-sejtekben előállított rekombináns fúziós fehérje, amelyet vastagbélrák ellen használnak. Ez a vaszkuláris endoteliális növekedési faktor receptorok (VEGFR1 és VEGFR2) egyes részeiből áll, amelyek egy humán IgG1 immunglobulin állandó frakciójához (Fc) fuzionáltak (5. ábra). Ez a konstrukció a VEGFR-t aktiváló VEGF-A, VEGF-B és placenta növekedési faktor (PlGF) kötődésével csaliként működik. Ez a csapda akadályozza a növekedési faktorok és a receptorok közötti kölcsönhatást, gátolva az angiogén folyamatban részt vevő VEGF útvonalat . A denileukin diftitox egy rekombináns fehérje, amely két diftériatoxin fragmentumból (A és B) és egy humán interleukin-2-ből áll (5. ábra). A diftériatoxin a Corynebacterium diphteriae által szekretált erős exotoxin. Sajátos szerkezetének köszönhetően az E. coliban termelt teljes komplex képes citotoxikus hatóanyagot közvetlenül egy specifikus célpontba juttatni. Két fő aktív blokkja van, amelyek funkciója egyrészt a biofarmakon (IL-2) szelektív szállítása, másrészt citotoxicitást okoznak (A és B toxin) . A fúziós fehérje az IL-2 receptorhoz kötődik, amely a rákos sejtekben (bőr T-sejtes limfóma) expresszálódik. Miután a toxinrész internalizálódik, a katalitikus domén a fehérjeszintézis gátlásán keresztül elősegíti a sejthalált .

Mivel a rák elleni célzott hatóanyag-leadás a kutatás legújabb és egyre bővülő területe, más, nem rekombináns, fehérjealapú biofarmakonok is erősen képviselve vannak. Ezek közé tartoznak elsősorban az antitest-gyógyszer konjugátumok (ADC-k), mint például a brentuximab vedotin, a trasztuzumab emtansin, vagy a nanorészecske-gyógyszer konjugátumok, mint például a nab-paklitaxel . Ezekben az esetekben a fehérje megfelelője a hagyományos kémiai gyógyszerek célzott hordozójaként működik. Ez a megközelítés ismét a gyógyszer specifikus célsejtekbe történő szelektív bejuttatására törekszik, amelynek célja a daganatellenes aktivitás növelése, miközben csökkenti a normál sejtekre gyakorolt toxicitást és a kapcsolódó mellékhatásokat.

A 2013-ban a legnagyobb bevételt biztosító rákellenes termékeket a 6. ábra mutatja be. E termékek hatvan százaléka rekombináns fehérje, ami alátámasztja azt az elképzelést, hogy a rekombináns fehérje előállítása még mindig emelkedő és ígéretes platform, amely teret ad a biofarmáciai ágazat fontos előrelépéseinek.

szerint.