单克隆抗体-药物稳定性优化

单克隆抗体药物是生物制药的一个重要分支，因其高靶向性和特异性而受到广泛关注。随着单克隆抗体技术的不断发展，抗体药物在疾病的预防、诊断和治疗中发挥着举足轻重的作用。

抗体药物作为合成蛋白的天然特性，在生产、储存和体内使用过程中容易受到体外和体内复杂环境的物理和化学影响。并发生多种理化性质的变化，导致免疫原性增加、半衰期缩短，甚至失效。

因此，如何提高抗体药物的稳定性、降低免疫原性、延长半衰期、提高其体内生物利用度是抗体药物应用中急需解决的关键问题。

1.抗体分子结构及稳定性研究意义

抗体是指机体产生的、能与抗原特异性结合的免疫球蛋白。抗体由 B 淋巴细胞转化的浆细胞分泌和产生。每个B淋巴细胞系只能产生一种针对特定抗原决定簇的特异性抗体。这种由单一细胞系产生的抗体称为单克隆抗体（mAb）。

常规单克隆抗体分子由两条重链（HC）和两条轻链（LC）通过链间二硫键连接形成“Y”形结构，可分为三个功能部分：两个抗原结合片段(Fab) 和晶体区域 (Fc)。两个Fab通过铰链区与Fc连接，构象变化比Fc更加灵活。 Fab 的 Fv 区由重链和轻链的一对可变区（VH 和 VL）组成。通常，Fv区经过糖基化修饰，这决定了抗体如何与适应性免疫和体液免疫系统中的其他成分相互作用。

研究发现，某些单克隆抗体药物虽然在体外实验中表现出良好的药物活性，但进入临床试验阶段时会遇到体内活性降低的问题。因此，在药物研发初期必须考虑药效学问题。

目前提高蛋白质热稳定性的方法主要有非共价修饰、化学修饰、添加蛋白质稳定剂、蛋白质工程等。在液态时，通过矿化技术直接在蛋白质表面形成磷酸钙矿化壳，提高蛋白质稳定性。

可见，在保证抗体的亲和力和表达量不受到太大影响的同时，大程度地提高其稳定性对于抗体药物的研发具有重要的现实意义。

2.抗体稳定性评估方法

生物技术产品的稳定性评估通常包括生物活性分析、分子结构和纯度分析（包括降解产物的定量检测）以及相关参数（如外观、pH值等）的监测。

结合以上数据评价样品的热稳定性、聚集性和分子间力的大小。

在热稳定性的评价和分析中，差示扫描量热法（DSC）是目前常用的测量蛋白质热稳定性的方法，该方法不仅可以获得熔化温度，还可以获得与熔化相关的焓、熵和自由能。

此外，在蛋白质溶解度预测方面，研究人员相继提出了交叉作用色谱（CIC）、亲和捕获自相互作用-纳米粒子光谱（AC-SINS）或克隆自相互作用-生物层干扰（CSI）-BLI）等技术也取得了一定的进展。

这些方法评估低蛋白质浓度下单克隆抗体交叉或自身相互作用的可能性，以预测高浓度下单克隆抗体的特性。

随着计算机辅助设计在生物大分子开发中的应用，对于晶体结构不确定的分子，可以利用大量的建模和仿真软件来预测抗体-抗原复合物的三维结构。不同的力场也可用于分子动力学 (MD) 模拟 3，以获得有关结合相互作用、稳定性的更详细信息，并更轻松地计算非共价键能（疏水、静电、非极性和结合能） 。

3.稳定性修改方案

3.1 抗体分子结构的修饰

基于抗体分子化学修饰位点的结构修饰一直是稳定性优化的重要方向。其中，抗体CDR区的脱酰胺基可能会导致抗原结合功能的丧失。

研究已逐渐阐明脱酰胺和化学修饰的机理及其作用。而且研究证实Gln的脱酰胺速率比Asn慢很多。因此，去除脱酰胺位点或通过将Asn突变为Gln来降低脱酰胺作用的概率被视为解决方案4。

3.2 生产工艺优化

研究指出，抗体在过酸或过碱条件下会以不同方式降解。在用于静脉注射的pH 6.8的免疫球蛋白（IGIV）制剂中，可以通过添加麦芽糖稳定剂来改善这种由pH引起的不稳定性。

表面活性剂通常添加到单克隆抗体药物制剂中，以减少疏水区域的暴露，或通过竞争吸附位点来减少蛋白质相互作用和界面诱导的聚集。其中，常用的非离子表面活性剂有聚山梨酯20和聚山梨酯80 7。

此外，某些氨基酸经常被用作赋形剂以防止聚集。常用的精氨酸（Arg）可以增加蛋白质的溶解度并保护它们免受光和高温引起的聚集。

改进抗体药品的储存或包装通常更经济。迄今为止，防止蛋白质与容器表面相互作用的方法是对表面进行涂层，即表面钝化。

涂层大致可分为两类：单层涂层（较常用）和多层涂层（可控性较差）。更常用的涂层聚合物包括乙二醇或环氧乙烷11。此外，使用极性或中性电荷的聚合物涂层也能够减少蛋白质吸附12。

4。结论

治疗性单克隆抗体药物是目前生物医药领域的研发热点，在此基础上，单链抗体（SCFV）、单域抗体、抗体药物偶联物（ADC）等药物应用于多种器官系统疾病相继获批上市。

如何在不改变药物靶向性、平衡效应和免疫原性的情况下提高药物的稳定性是一个至关重要的问题。并尽可能延长药物半衰期，维持有效血药浓度。抗体稳定性受环境、配方、自身结构、生产操作等多种因素影响，有效评价抗体稳定性是个体化改造的前提。

稳定性评价不应仅根据降解产物的有无或稳定分子的浓度来定义，而应包括以下三个方面：物理稳定性研究的评价应涵盖聚集体和碎片的数量以及结构；化学稳定性研究应关注蛋白质降解；生物稳定性研究应确保单克隆抗体对靶标的活性与其物理和化学稳定性一致。

深入探讨影响抗体稳定性的因素和评价方法，将有助于抗体药物的合理优化和新药的研发。

这些常用的标注工具你用过吗？

抗体或蛋白质标记是指将目标物质（酶、荧光素、生物素）与抗体或其他蛋白质共价连接，并与生成测试物质发生特异性反应，形成多重复合物。借助荧光显微镜、射线测量仪、酶标检测仪、电子显微镜、发光免疫分析仪等精密仪器，可通过显微镜直接观察检测结果或在细胞、亚细胞、超微结构、分子水平上自动测定检测结果。对抗原和抗体反应进行定性和定位研究，或应用各种液相和固相免疫分析方法定性和定量测定体液中的半抗原和抗原。现在，抗体标记技术已广泛应用于医学病理学、免疫组织化学、分子生物学、生物制药等领域的分析研究和技术测定。常见的抗体标记技术包括酶标记、生物素化标记和荧光素标记。

常用的抗体/蛋白质标记技术

1. 酶标记

通过合适的方法将酶与抗体或蛋白质共价键合，制成酶标记抗体。然后，通过酶对底物的特异催化作用，生成有色不相容产物或具有一定电子密度的颗粒。这些有色产物可用肉眼、光学显微镜、电子显微镜观察。也可以用分光光度计来测量。颜色反应表明酶的存在，证明相应的免疫反应已经发生。

蛋白质-蛋白质缀合通常使用双功能接头交联剂进行。交联剂（NHS酯）的一端与氨基酸赖氨酸和N端的胺（-NH2）反应，另一端（马来酰亚胺胺）与硫醇基（-SH）反应存在于氨基酸中。然而，SMCC 修饰的蛋白质极其不稳定，并且通常会发生自身反应。

2. 生物素标记

亲和素和生物素可以与蛋白质（抗原、抗体、酶）、荧光剂和其他分子结合，而不影响后者的生物活性。是一种理想的标记剂。一个抗体分子可与数十个生物素或亲和素分子偶联，亲和素或生物素分子可与酶或荧光素结合形成生物放大系统，显着提高检测的灵敏度。常用的有亲和素-生物素标记法、亲和素-生物素桥法、亲和素-生物素-过氧化物酶复合物法。

3. 荧光标记

染料与蛋白质的结合需要染料与蛋白质之间形成稳定的共价键，并且这种共价键在大多数情况下都不能断裂。与蛋白质固有的荧光相比，小型有机染料在选择标记位点和增强荧光方面具有更大的灵活性，已广泛应用于蛋白质标记。用适当的荧光染料标记后，蛋白质可以在各种生物过程中可视化，以便可以在生化测定中量化或定位在细胞研究中心。染料-蛋白质缀合物已成为研究酶活性、蛋白质相互作用、构象变化以及调节和观察特定生物过程的非常重要的工具。它们已广泛应用于 ELISA、蛋白质印迹、流式细胞术和细胞成像。