Биологические препараты

Малая молекула действует потому, что помещается в карман. Большая часть биологии карманов не имеет: интерфейсы белок-белковых взаимодействий плоские, обширные и лишены глубоких полостей. Биологический препарат решает эту задачу противоположным способом — он сам представляет собой большую поверхность, комплементарную мишени. Отсюда и все свойства класса, включая неприятные.

Антитело как два независимых модуля#

Иммуноглобулин G — это два функционально разных устройства в одной молекуле. Fab-фрагменты несут шесть гипервариабельных петель (CDR), формирующих сайт связывания; здесь задаётся специфичность. Fc-фрагмент задаёт всё остальное: он связывает Fc-гамма-рецепторы эффекторных клеток (в первую очередь FcγRIIIa на NK-клетках — механизм антителозависимой клеточной цитотоксичности), связывает C1q, запуская классический путь комплемента, и связывает FcRn.

FcRn объясняет, почему антитело живёт в кровотоке недели, а не часы. Молекула, захваченная эндотелиальной клеткой пиноцитозом, в закисляющейся эндосоме (pH около 6,0) связывается с FcRn через остатки на границе доменов CH2–CH3, избегает лизосомальной деградации и возвращается на поверхность, где при pH 7,4 сродство падает и антитело высвобождается обратно в плазму. Это pH-зависимое спасение — причина типичной полужизни порядка трёх недель и мишень белковой инженерии: мутации, усиливающие связывание при кислом pH без потери высвобождения при нейтральном, удлиняют экспозицию.

Почему клетка млекопитающего#

Fc-функция зависит от N-связанного гликана на Asn297 в каждом домене CH2. Гликан не декоративен: он держит два домена CH2 в раскрытой конформации, необходимой для посадки FcγR. Состав гликана меняет силу эффекта — удаление кора-фукозы повышает сродство к FcγRIIIa и заметно усиливает ADCC, тогда как высокое содержание маннозы ускоряет клиренс. Прокариотическая экспрессия таких структур не даёт вовсе, поэтому производство идёт в клетках CHO и родственных линиях, а гликопрофиль становится критическим атрибутом качества, который приходится воспроизводить от серии к серии — именно это, а не последовательность, делает биоаналог трудным.

Потолок класса#

Ограничений три, и все они физические.

Первое — доступность мишени. Белок массой около 150 кДа не проходит через плазматическую мембрану и не переживает пищеварение, поэтому вводится парентерально и работает по внеклеточным и мембранным мишеням. Внутриклеточная протеома для этого класса закрыта — конъюгаты и клеточные терапии обходят это лишь частично.

Второе — агрегация. Частично развёрнутые молекулы экспонируют гидрофобные участки и слипаются необратимо. Агрегаты — главный известный драйвер иммуногенности: они дают повторяющийся мультивалентный паттерн, эффективно активирующий B-клетки. Возникшие антитела к препарату нейтрализуют его или ускоряют выведение, и это не редкое осложнение, а системное свойство.

Третье — вязкость. Подкожная инъекция ограничена объёмом порядка миллилитра, поэтому доза требует концентрации в районе 100–150 мг/мл. При таких концентрациях обратимая самоассоциация, определяемая распределением заряда и гидрофобных пятен на поверхности, поднимает вязкость до значений, при которых раствор перестаёт проходить через иглу. Это ограничение решается инженерией поверхности молекулы, а не составом буфера.