Antistof Drug Revival

I denne nye verden af ​​ofte uhæmmet pessimisme er det værd at bemærke, at ingen nogensinde har garanteret, at du kunne tjene til livets ophold, endsige et godt, ved at skubbe teknologiens grænser. Tag for eksempel Nils Lonberg. Lonberg sammenligner sit firmas historie med Torneroses, men hans analogi er ikke præcis. Tornerose var trods alt så heldig at sove igennem sin prøvelse. Lonberg og hans kolleger var lysvågne gennem deres.

Lonberg var blot et par år ude af kandidatskolen i 1989, da han skrev kontrakt med GenPharm International, et firma, der udvikler en klasse af lægemidler kendt som monoklonale antistoffer-opsuppede versioner af proteinerne produceret af immunsystemet for at bekæmpe sygdom. Målet var at gensplejse en mus med et humant immunsystem, et som kunne bruges til at generere fuldt humane monoklonale antistoffer.

Denne historie var en del af vores juli-udgave 2002

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Hans timing kunne næsten ikke have været værre. En række lovende monoklonale antistoflægemidler til at helbrede alt fra kræft til alvorlige infektioner var ved at vise sig at være højprofilerede fiaskoer. Et af disse, et lægemiddel kaldet Centoxin, fremstillet af Malvern, PA-baserede Centocor, forventedes at tjene milliarder som en behandling for ofte fatalt septisk shock, før US Food and Drug Administration afviste at godkende dets brug i 1992. FDA-beslutningen markerede monoklonale antistoffers tilsyneladende bortfald og, i hvert fald for et stykke tid, af udsigterne for hele biotekindustrien.

Novellen, siger Lonberg, er, at vi hunkeret ned. Den længere historie, ligesom Torneroses, har en lykkelig slutning. I de sidste fire år er Princeton, NJ-baserede Medarex, som købte GenPharm i 1997, blomstret op. Forretningen med monoklonale antistoffer har nu omkring 300 ansatte, en helt ny forskningsfacilitet i Milpitas, Californien, og 60 hektar i New Jersey, hvor den bygger et enormt udviklingscenter. Det har også en halv milliard dollars i kontanter til at få enderne til at mødes, mens det udvikler sin teknologi og sine lægemidler. Vi er på vej, siger Lonberg, som nu er senior vicepræsident og videnskabelig direktør for Medarex.

Det samme kan siges om monoklonale antistoffer generelt, som er midt i en bemærkelsesværdig genoplivning. Teknologier til at lave monoklonale antistoffer er endelig blevet myndige, og selve stofferne bliver endnu en gang udråbt som potentielle helbredelser eller behandlinger for hele spektret af menneskelig sygdom.

Siden 1997 har FDA godkendt 10 lægemidler mod monoklonale antistoffer, der udgør en fjerdedel af alle bioteknologiske lægemidler på markedet, med et samlet salg på godt en milliard dollars om året. Og måske mere sigende, er hver femte bioteknologiske medicin under udvikling et monoklonalt antistof. Selv biotekgiganten Genentech, et firma i South San Francisco, CA, grundlagt med det formål at producere enzym- og hormonlægemidler, finder nu monoklonale antistoffer, der fylder halvdelen af ​​dens udviklingspipeline.

Faktisk er historien om monoklonale antistoffer mere end et eventyr; det er en lektion i værdierne vedholdenhed og tålmodighed. Da vi startede med monoklonale antistoffer for ti år siden, var den fremherskende visdom inden for bioteknologi: Been there, done that, virkede ikke, siger Paul Carter, en forsker hos Seattle-baserede Immunex, som hjalp med at lancere Genentechs monoklonale antistofforskning i 1990. Nu vil alle og deres hund ind i antistoffer.

Udenlandske angribere

Da monoklonale antistoffer gør et comeback, er der ingen, der hævder mirakelkure længere. Efter at have gået gennem den hellige grals cyklus til det beskidte ord, siger Lehman Brothers biotekanalytiker Rachel Leheny, er monoklonale antistoffer blevet en fungerende teknologi med et etableret sæt styrker og svagheder.

Monoklonale antistoffer er designet af immunsystemet til kun at binde sig til specifikke målmolekyler, hvilket gør dem meget mere præcise end typiske småmolekylære lægemidler, de relativt simple forbindelser, der har været basisen i den farmaceutiske industri. Og i modsætning til andre proteinterapier, som kun kan aktivere eller blokere én specifik biologisk proces hver, kan monoklonale antistoffer udvikles til ethvert tænkeligt målprotein eller celletype. Denne kombination af indbygget præcision og fleksibilitet kan betyde hurtigere udvikling og lavere toksicitet. Risikoen for, at et potentielt antistoflægemiddel fejler i kliniske forsøg på grund af uønskede bivirkninger, er betydeligt mindre, end det er for små molekyler.

Sandsynligheden for succes er meget højere, og tidsforløbet for at udvikle dem er meget hurtigere, siger Geoff Davis, chief scientific officer hos Abgenix, et Fremont, CA-baseret antistoflægemiddelfirma. I betragtning af, at medicinalvirksomheder nu i gennemsnit bruger 15 år og 800 millioner dollars på at bringe et nyt lægemiddel på markedet, kan det at spare nogle år i udviklingen og reducere risikoen for, at et lægemiddel fejler i kliniske forsøg, udmønte sig i en enorm fortjeneste.

Det seneste løft til genoplivningen af ​​monoklonale antistoffer kommer fra sekventeringen af ​​det menneskelige genom og den spirende genomikindustri. Pludselig er farmaceutiske og bioteknologiske forskere oversvømmet med gener, titusinder af dem, hvoraf mange kan være værdifulde lægemiddelmål. Resultatet er en guldfeber-mentalitet, efterhånden som forskere kapløb om at fastslå, hvilke af disse gener og deres ledsagende proteiner, der er de bedste mål til at hæmme sygdomsprocesser. Her repræsenterer monoklonale antistoffer - i skikkelse af laboratorieværktøjer, der vil binde til specifikke proteiner og slå dem ud af handling - en af ​​de hurtigste måder at besvare disse spørgsmål. Og når først et levedygtigt mål er naglet fast, kan den lave risiko og præcise målretning af monoklonale gøre dem til de nemmeste stoffer at komme på markedet mod det. De skærer lige til benet, siger Immunexs Carter.

Formålet med forfølgelsen, selve antistofferne, er Y-formede proteiner, der udgør immunsystemets første forsvarslinje. De vil binde sig til alt, som immunsystemet finder ukendt og dermed potentielt farligt - f.eks. en bakterie eller virus - og derefter holde fast og kalde hele spektret af immunsystemets kræfter frem for at neutralisere eller ødelægge målet (se Mobiliserende immunitet ) .

I løbet af et helt liv genererer den menneskelige krop omkring 100 milliarder forskellige antistoffer. I hvert tilfælde er bunden af ​​Y'et praktisk talt identisk; armene på Y er forskellige fra antistof til antistof, hvilket giver den store variation, der maksimerer muligheden for, at immunsystemet vil opdage næsten enhver tænkelig angriber.

Forskere har længe forestillet sig at inducere antistoffer til at helbrede eller behandle sygdomme, som immunsystemet enten ignorerer, såsom kræft, eller forårsager, såsom leddegigt, lupus og andre autoimmune sygdomme. Biologer har vidst i årtier, at hvis man immuniserer en mus med en human kræftcelle, eller endda et enkelt protein fra en sådan celle, vil musen reagere ved at generere sine egne antistoffer for at bekæmpe fremmed-off-in-effekten, et anticancer-antistof. Hvis du injicerer den samme kræftcelle igen og igen og igen, vil din mus generere antistoffer, der er udsøgt specialiserede til at målrette mod de kræftceller, du indsætter.

Illustration af John MacNeill

Bivirkninger

Det var tilbage i 1975, at Csar Milstein og Georges Khler, immunologer ved Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology i Cambridge, England, udviklede en teknologi til at masseproducere sådanne antistoffer og i den forbindelse lancerede en industri. Khler og Milstein fusionerede de antistofproducerende celler fra mus, kendt som B-lymfocytter - med tumorceller, der ville holde disse B-celler i live for evigt i et laboratorium.

I kroppen findes umodne B-celler i knoglemarven og indeholder et komplet komplement af de gensegmenter, der koder for antistoffer. Efterhånden som cellerne modnes og migrerer ind i blodbanen, gennemgår segmenterne omarrangering, så hver moden B-celle kun danner én type antistof - et monoklonalt antistof (se Gener til antistoffer ) . Hver af Khler og Milsteins cellelinjer ville pumpe en uafbrudt forsyning ud af et enkelt monoklonalt antistof, afhængigt af den B-celle det opstod fra. I 1984 indbragte deres opdagelse parret en andel af Nobelprisen i medicin, på hvilket tidspunkt der var omkring tusinde virksomheder, der forsøgte at tjene penge på teknologien. De fleste af dem ville mislykkes.

Problemet var iboende i de antistofkilder, der var tilgængelige på det tidspunkt. Antistoffer kunne opnås ved at immunisere mus, som med Raritan, NJ-baserede Ortho Biotechs Orthoclone, designet til at bekæmpe organtransplantationsafstødning og det første antistoflægemiddel godkendt af FDA. (Ortho Biotech har været et Johnson og Johnson-datterselskab siden 1990.) Eller de kunne høstes direkte fra menneskelige ofre for en bestemt sygdom, som med Centocors Centoxin.

Fangsten var, at museantistoffer, ja, ikke er mennesker. Det menneskelige immunsystem betragter dem stadig som fremmede og gør sit bedste for at bekæmpe dem - et respons kendt som det humane antimuse-antistofrespons, som ikke kun ødelægger antistofferne, men kan føre til nyresvigt og død.

Da Orthoclon kom på markedet i 1986, lærte medicinalindustrien pludselig, hvor dårlig responsen kunne være. Mens de fleste modtagere havde det fint (og faktisk er Orthoclon stadig i brug), havde nogle patienter alvorlige reaktioner. Her var et lægemiddel, der var specielt designet til at undertrykke immunforsvaret, og man fik stadig en kraftig respons, siger Lonberg.

Hvad angår antistoffer høstet direkte fra humane patienter, binder de simpelthen ikke til deres mål stramt nok til at dæmme op for sygdommen - eller i det mindste var det tilfældet med Centoxin, og grunden til, at dets meget publicerede kliniske forsøg mislykkedes.

Centoxins fiasko, siger Lonberg, fik alle, i det mindste på Wall Street og store apoteker, til at kaste hænderne op i fortvivlelse med antistoffer og gå væk. Eli Lilly var et klassisk eksempel. Lilly havde købt Hybritech, det oprindelige monoklonale antistoffirma, i 1986 for næsten 500 millioner dollars. Efter at have bygget Hybritech op til 1.400 ansatte, solgte Lilly virksomheden i 1995, post-Centoxin, for kun en brøkdel af, hvad det betalte for det.

Illustration af John MacNeill

At blive sund

På det tidspunkt var frelsen dog allerede på vej. Det ankom i skikkelse af antistoffer, der var betydeligt mindre mus og i stigende grad menneskelige af oprindelse og funktion. Forskere var begyndt at udvikle metoder til at skabe disse blandinger i midten af ​​1980'erne, og teknologierne var lige begyndt at bære frugt omkring det tidspunkt, hvor Lilly opgav Hybritech. Kimæriske antistoffer kom først, konstrueret tilbage i 1984 ved at forbinde genet, der genererer den konstante region af et humant antistof, bunden af ​​Y, med generne, der genererer de variable regioner af museantistoffer, de ydre arme af Y. Den resulterende kimær er omkring en tredjedel mus og to tredjedele mennesker. Det binder stadig tæt til målet, som det er designet til, samtidig med at det undgår størstedelen af ​​det humane antimuse-antistofrespons.

Næste ud af forskningslaboratoriet var humaniserede antistoffer. Mens kimærer var en tredjedel af mus, var humaniserede antistoffer mindre end en tiendedel. Fra musen kom kun selve spidserne af armene på antistoffet Y, blot den del af den variable region, der binder sig direkte til dens mål. Alt det andet var menneskeligt. Men der var et problem: når spidserne af et museantistof blev genetisk podet på en menneskelig ramme, var antistoffet ofte ude af stand til at gribe sit mål stramt nok.

Cary Queen, en matematiker, der blev biolog, der dengang arbejdede ved National Institutes of Health, skabte en algoritme til at analysere tilpasningen mellem musespidser og menneskelige rammer og derefter finde ud af, hvilke molekyler i den menneskelige ramme, der skulle justeres, og hvor meget , for at lade museregionen sidde komfortabelt oven på armene på Y'et og binde sig tæt til dets mål. Queen patenterede teknologien og var med til at grundlægge Fremont, CA-baserede Protein Design Labs i 1986 for at humanisere antistoffer til sin egen lægemiddelvirksomhed og for alle andre, der måtte bruge dets tjenester.

Mellem kimærisk og humaniserende teknologi begyndte antistoflægemidler at komme på markedet, og industriens genoplivning tog fart. I 1994 godkendte FDA det første monoklonale antistoflægemiddel siden 1986, Centocors kimæriske antistoflægemiddel til at hæmme koagulation efter kardiovaskulær kirurgi. (Johnson og Johnson købte Centocor i 1999.) Agenturet godkendte derefter yderligere tre monoklonale antistoflægemidler i 1997, herunder San Diego-baserede Idec Pharmaceuticals og Genentechs kimære Rituxan til non-Hodgkins lymfom.

Rituxan og Genentechs humaniserede Herceptin, godkendt året efter for brystkræft, kan alene have skubbet antistofbranchen tilbage i boomfasen, simpelthen fordi de var anticancerterapier og således opfyldte, i det mindste beskedent, et aspekt af midten af ​​1980'ernes hype. Under alle omstændigheder fulgte godkendelse af yderligere fem monoklonale antistoffer i 1998, og fire mere siden. I øjeblikket er næsten 50 humaniserede antistoffer i kliniske forsøg, rettet mod det fulde spektrum af menneskelige sygdomme fra psoriasis til hjertesygdomme og kræft.

Geder kur

Men det er kun begyndelsen, da fuldt humane antistoffer nu rammer de farmaceutiske pipelines. Der er to måder at udvikle disse lægemidler på. I den første fjerner forskere det fulde komplement af antistofgener fra humane B-celler og transplanterer dem til bakteriespecifikke vira kendt som fager. Viraene genererer omgående de passende antistoffer fra de nyligt erhvervede gener og viser derefter antistofferne på deres overflader - et antistof pr. fag.

Nu putter vi alle de fager i et reagensglas, forklarer David Chiswell, medstifter af Cambridge Antibody Technology i Cambridge, England. Når som helst vi ønsker antistoffer mod et bestemt mål, dypper vi i det væsentlige målet i reagensglasset - som kan opfattes som et bibliotek af antistoffer - og kobler netop den delmængde af 100 milliarder antistoffer ud, som tilfældigvis binder specifikt til målet.

Metode nummer to er den transgene mus med et menneskeligt immunsystem - Lonbergs oprindelige drøm hos Medarex, også forfulgt af konkurrenten Abgenix. Sæt et målmolekyle ind i sådan en mus, og du vil få et humant antistof ud - ingen human antimuse-antistof-respons at bekymre dig om. For at lave musene klonede forskere de gensegmenter, der var ansvarlige for at generere de millioner af mulige humane antistoffer, puttede dem alle i embryonale stamceller fra mus og dyrkede musene til modenhed. Det var en udfordring, siger Abgenixs Davis, for ingen havde nogensinde lagt så meget DNA i en transgen mus. De var også nødt til at inaktivere de gener, der producerede museantistoffer, hvilket de gjorde i et andet sæt mus, og derefter avlede de to linjer sammen.

Selvom de transgene mus er den seneste antistofteknologi, der kommer på markedet, er det stadig et åbent spørgsmål, om de faktisk er bedre end nogen af ​​de andre teknikker til at generere nye antistoflægemidler. Alle disse teknologier producerer sandsynligvis antistoffer, der vil opføre sig i det væsentlige identisk, når de bruges i mennesker, siger Robert Kirkman, Protein Design Labs' vicepræsident for forretningsudvikling. Hvordan får du det bedste antistof mod det givne mål er det ultimative spørgsmål. Og det vil nok ikke altid være den samme teknologi.

Uanset hvilken teknologi der i sidste ende styrer feltet, er det sikkert at sige, at antistoffer vil spille en enorm rolle i genomik og i bioteknologiindustrien. Om ikke andet, siger Lonberg, kan det at bringe et monoklonalt antistof-lægemiddel på markedet give medicinalvirksomheder en måde at tackle sygdomme på, mens de bruger de ekstra år, der er nødvendige for at udvikle et lille molekyle, der vil udføre den samme opgave.

Lægemiddelproducenter forfølger dette separate spor, fordi monoklonale antistoffer stadig har to alvorlige ulemper sammenlignet med lægemidler med små molekyler. Den ene er, at de er store proteiner. Det betyder, at de skal gives intravenøst ​​i stedet for i pilleform, så de vil ikke blive tygget op i fordøjelsessystemet - selvom forskerne håber snart at løse det problem. (Bagsiden er, at de holder betydeligt længere i menneskekroppen, hvilket betyder, at de måske kan administreres en gang om måneden i stedet for en gang om dagen.) Og den anden er, at de er dyre at producere.

Ingen af ​​de metoder, der anvendes til at generere kimære, humaniserede eller fuldstændigt humane antistoffer, kan producere antistoffer i kommercielle mængder. I øjeblikket fremstiller virksomheder antistoflægemidler ved først at indsætte genet for et specifikt antistof i celler, der er udslettet fra hamsteræggestokke og derefter dyrke cellerne i trillioner i enorme kar, gennem en gæringsproces, der ikke er ulig den, der bruges til at lave øl.

Cellerne i hvert kar udskiller derefter en enkelt type antistof, som kan høstes fra den omgivende væske med få måneders mellemrum. Processen er dog dyr, så forskere har forfulgt dramatiske bioteknologiske løsninger for at udføre den samme opgave. Især skaber de gensplejsede frugter og grøntsager - for eksempel majs, lucerne eller bananer fyldt med de ønskede antistoffer, eller endda transgene dyr til at tjene som levende monoklonale antistoffabrikker.

Et sted i det centrale Massachusetts er et biofarm-produktionsanlæg bygget af Genzyme Transgenics. Selvom virksomheden ikke kan lide at sige præcis, hvor den er, siger den, at den ligner en hvilken som helst anden gård - bortset fra de omkring 2.000 hjemmehørende geder, der er blevet genetisk manipuleret med menneskelige gener til at udtrykke monoklonale antistoffer eller andre store proteiner stoffer i deres mælk.

Ifølge Jack Green, Genzyme Transgenics' økonomichef, kan nogle få monoklonalt producerende geder, der dier i et år, matche produktiviteten af ​​et helt gæringskar af hamsterceller. Og gederne kommer med den indbyggede fordel, at hvis et lægemiddel pludselig har et større marked end forventet, behøver du ikke at finansiere et helt nyt kar til en pris af et par hundrede millioner dollars: du opdrætter bare flere geder. Generationstiden for en ny ged er syv måneder til seksuel modenhed, siger Green, så på et år kan du nå lige så mange geder og hvilken produktionsskala, du ønsker.

Efter et kvart århundredes kamp har monoklonale antistoffer overlevet til at blive en moden og spændende teknologi. Og skeptikerne er for længst væk. Spørgsmålet er nu, hvor meget af det 21. århundredes medicin vil blive domineret af disse bemærkelsesværdige molekyler. Pludselig ser alt det her virkelig ud, siger Lonberg.

Monoklonale antistoffer er ikke længere nogens fantasi.

Antistoffer på angrebet

Selskab Lægemiddel/målsygdom Scene Ortho Biotech (Raritan, NJ) Ortoklon /Afstødning af hjerte-, lever- og nyretransplantationer Godkendt juni 1986 Centocor (Malvern, PA)/
Eli Lilly (Indianapolis, IN) ReoPro /Post-kardiovaskulær-kirurgisk koagulering Godkendt december 1994 Genentech (South San Francisco, CA) /
Idec Pharmaceuticals (San Diego, Californien) Rituxan /Non-Hodgkins lymfom godkendt november 1997 Centocor Remicade /Crohns sygdom, reumatoid arthritis Godkendt august 1998 Genentech Herceptin /Metastatisk brystkræft Godkendt september 1998 Millennium Pharmaceuticals (Cambridge, MA) Campath /Kronisk lymfatisk leukæmi
Campath /Multipel sklerose Godkendt maj 2001
Fase II kliniske forsøg ImClone systemer (New York, NY) Erbitux /Forskellige kræftformer fase II og III kliniske forsøg Abgenix (Fremont, Californien) ABX-CBL /Transplantationsafstødning Fase II/III kliniske forsøg Tanox (Houston, TX) AD-439 /HIV, AIDS fase II kliniske forsøg GlaxoSmithKline (Middlesex, U.K.) SB-240563 /Astma, allergi Fase II kliniske forsøg Medarex (Princeton, NJ) MDX-010 /Malignt melanom, prostatacancer fase I kliniske forsøg BioTransplant (Charlestown, MA) AlloMune /Non-Hodgkins lymfom, Hodgkins sygdom fase I kliniske forsøg

skjule