国立先进产业技术研究所[主席Ryoji Chubachi]（以下简称“AIST”）生物医学研究部[研究主任Katsuhiro Omiya]分子和细胞育种研究组研究员Yukako Chiga和该部门的副研究主任Shinya Honda正在调查抗体溶液中残留的微量抗体聚合。我们还证明了这种吸附剂具有抑制新聚集体生成的作用。
该吸附剂是一种空间结构部分改变的抗体（非天然构象抗体)的小型人工蛋白质，因此可以去除使用传统技术难以去除的小聚集体和具有改变的3D结构的单体（具有非天然3D结构的抗体单体）。他们还发现，用这种吸附剂处理可以减少储存期间抗体溶液中聚集体的发生。新开发的吸附剂技术不仅可以去除抗体聚集物，还可以抗体药物的应用达到长期稳定储存的预期。
该技术的详细信息将于 2018 年 9 月 28 日（东部夏令时间）公布生物共轭化学（在线版本）。
随着抗体药物需求的迅速扩大，需要高质量、高效的生产技术来保证疗效和安全性。抗体药物属于蛋白质，是不稳定的巨型聚合物（分子量约15万），因此在制造过程中很容易变质，造成各种问题。源自目标物质的杂质发生。其中，抗体药物的聚集体不仅导致药理作用降低，而且免疫原性的原因，并且正在使用孔径为02μm的膜过滤器进行去除，并通过优化纯化和配制条件来抑制聚集。因此，抗体药物中的残留聚集体量保持在5%以下。
但是，这是在 2014 年宣布的FDA 指南从风险管理的角度来看，建议制造商尽可能减少骨料的用量。他们还指出，在存储过程中监控聚合的变化非常重要。这是因为聚集体被认为会随着时间的推移而出现并增长，因此即使在运输时将其充分去除，在随后的运输、储存、分配和用药过程中也存在聚集体再次增加的风险。
基于这一背景，人们希望有一种技术能够尽可能地去除抗体聚集体，并且能够显着抑制聚集体的产生。
AIST 一直在进行研究和开发，将其独特的小型人工蛋白质制造技术应用于抗体药物中的杂质分析，旨在为生物制药行业做出贡献。在此过程中，产生了一种由 25 个氨基酸残基组成的小型人工蛋白质AF2A1AF2A1 不结合其天然三维结构的抗体，但特异性结合其天然三维结构因物理或化学应力（例如酸、热或氧化）而部分改变的抗体。它还以各种缔合状态与非天然构象的抗体结合。这次，我们利用这种小型人造蛋白质开发了一种技术，可以捕获并去除传统颗粒去除技术（膜过滤器）难以去除的尺寸的聚集体。
这项开发的一部分是作为下一代生物制药制造技术研究协会的一项活动进行的，AIST 参与其中，并得到了国家研究开发机构日本医学研究与发展机构委托项目“开发基本药物发现技术以实现下一代治疗和诊断（符合国际标准的下一代抗体药物的制造技术）”（2015-2017 年）的支持。
新开发的吸附剂利用了AF2A1的特定分子识别功能，其原理与现有基于尺寸分离的颗粒去除技术完全不同。为了证明这种性能，我们制备了有意经受物理和化学应力的抗体溶液，并研究了用含有 AF2A1 的吸附剂处理对非天然构象抗体的选择性去除效果。样品溶液中是否存在聚集体由抗体颗粒大小决定。动态光散射测量来确认
首先，通过将抗体暴露于 pH 2 的酸性缓冲液中来制备酸应激抗体。除了具有非天然 3D 结构的抗体外，酸应激抗体溶液还包含具有 3D 结构未改变的天然 3D 结构的抗体。它还含有小粒径的聚集前体，无法通过 02 µm 滤膜过滤去除，而 02 µm 滤膜常用于抗体药物的纯化过程。接下来，将该酸应激抗体溶液和未受到物理或化学应激的天然存在的三维结构抗体溶液通过膜过滤器过滤，然后混合。最后，用新开发的含有AF2A1的吸附剂处理该混合溶液，并确认了收集的溶液级分中存在聚集体。
图1显示仅含有天然三维抗体的溶液、其中混合有酸应激抗体的溶液、以及用含有AF2A1的吸附剂处理该混合溶液后的溶液的粒度分布的测量结果。可以看出，通过吸附剂处理，50nm左右的峰消失，粒径分布恢复到混合前的天然三维结构抗体溶液的粒径分布。这些结果表明，含有AF2A1的吸附剂具有选择性捕获和去除具有非天然三维结构的抗体的能力，并且可以去除02μm滤膜无法去除的小粒径聚集前体。
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| 图1使用含有AF2A1的吸附剂的聚集体去除方法（上）和抗体粒径测量结果（下） |
| 仅含有天然三维结构抗体（①：非应激抗体）的溶液、①和酸性应激抗体（②）的混合溶液、通过使用含有AF2A1（③）的吸附剂从②的混合溶液中除去聚集体而获得的溶液（Senga和Honda，生物共轭化学，部分修改并转载自2018年的图1） |
接下来，我们确认了含 AF2A1 的吸附剂对未故意受到物理或化学应力的样品的有效性。使用通过三步层析法和膜过滤法纯化至高纯度的人单克隆抗体，模拟抗体药物的实际制造过程，通过在处理后在恒温下长期保存（6个月）来评估使用含有AF2A1的吸附剂的去除处理的有效性。当使用动态光散射检查保存试验开始时的样品溶液中的抗体的粒径时，发现无论抗体是否用含有AF2A1的吸附剂处理，粒径分布都相似。然而，在未经该技术吸附剂处理的样品溶液中，在25℃和37℃储存3个月后检测到聚集体。另一方面，在用吸附剂处理的样品溶液中，长期储存后聚集体的量显着减少（图2）。这些结果表明，即使在使用常规方法纯化至高纯度的抗体药物中，仍残留有相当数量的聚集前体，并且通过用新开发的吸附剂去除剩余的聚集前体，可以减少从储存的抗体溶液中产生聚集体。
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| 图2 抗体溶液长期保存试验中的聚集抑制效果 |
通过这种方式，表明本次开发的吸附剂可以选择性地去除抗体聚集体，并且用该吸附剂处理可以抑制储存期间抗体溶液中聚集体的产生。该技术有望作为抗体药物的长期稳定储存技术得到应用。
未来，我们将致力于选择适合固定AF2A1的廉价载体材料、开发实现其的装置以及评估AF2A1的安全性等问题，以期与企业合作将开发的技术投入实际应用。