Antibody Drug Revival

I denna nya värld av ofta ohämmad pessimism är det värt att notera att ingen någonsin garanterat att du skulle kunna försörja dig, än mindre en bra sådan, genom att tänja på teknikens gränser. Ta Nils Lönberg till exempel. Lonberg jämför sitt företags historia med Törnrosas, men hans analogi är inte exakt. Törnrosa hade trots allt turen att sova igenom sin prövning. Lonberg och hans kollegor var klarvakna genom sina.

Lonberg var bara några år efter forskarskolan 1989 när han skrev på med GenPharm International, ett företag som utvecklar en klass av läkemedel som kallas monoklonala antikroppar-uppsoppade versioner av de proteiner som produceras av immunsystemet för att bekämpa sjukdomar. Målet var att genetiskt konstruera en mus med ett mänskligt immunsystem, en som kunde användas för att generera helt mänskliga monoklonala antikroppar.

Den här historien var en del av vårt julinummer 2002

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Hans tajming kunde knappast ha varit sämre. En serie lovande läkemedel mot monoklonala antikroppar för att bota allt från cancer till svåra infektioner var på väg att visa sig vara uppmärksammade misslyckanden. En av dessa, ett läkemedel som heter Centoxin, tillverkat av Malvern, PA-baserade Centocor, beräknades tjäna miljarder som en behandling för ofta dödlig septisk chock innan US Food and Drug Administration avböjde att godkänna dess användning 1992. FDA-beslutet markerade monoklonala antikroppars till synes bortgång och, åtminstone för ett tag, av utsikterna för hela bioteknikindustrin.

Novellen, säger Lonberg, är att vi hunkar ner. Den längre historien, som Törnrosas, har ett lyckligt slut. Under de senaste fyra åren har Princeton, NJ-baserade Medarex, som köpte GenPharm 1997, blommat ut. Den monoklonala antikroppsverksamheten har nu cirka 300 anställda, en helt ny forskningsanläggning i Milpitas, Kalifornien, och 60 hektar i New Jersey där man bygger ett enormt utvecklingscenter. Den har också en halv miljard dollar i kontanter för att klara sig medan den utvecklar sin teknologi och sina läkemedel. Vi är på väg, säger Lonberg, som nu är senior vice president och vetenskaplig chef för Medarex.

Detsamma kan sägas för monoklonala antikroppar i allmänhet, som är mitt uppe i en anmärkningsvärd väckelse. Teknologier för att göra monoklonala antikroppar har äntligen kommit till åldern, och själva drogerna utses återigen som potentiella botemedel eller behandlingar för hela spektrumet av mänskliga sjukdomar.

Sedan 1997 har FDA godkänt 10 läkemedel mot monoklonala antikroppar - som utgör en fjärdedel av alla biotekniska läkemedel på marknaden - med en sammanlagd försäljning på långt över en miljard dollar per år. Och kanske mer talande är att en av fem biotekniska läkemedel under utveckling är en monoklonal antikropp. Till och med bioteknikjätten Genentech, ett företag i South San Francisco, Kalifornien som grundades med målet att producera enzym- och hormonläkemedel, hittar nu monoklonala antikroppar som fyller hälften av dess utvecklingspipeline.

Faktum är att historien om monoklonala antikroppar är mer än en saga; det är en lektion i värdena uthållighet och tålamod. När vi började med monoklonala antikroppar för tio år sedan var den rådande visdomen inom bioteknik: Been there, done that, fungerade inte, säger Paul Carter, en forskare på Seattle-baserade Immunex som hjälpte till att lansera Genentechs monoklonala antikroppsforskning 1990 Nu vill alla och deras hund komma in i antikroppar.

Utländska inkräktare

När monoklonala antikroppar gör comeback, är det ingen som hävdar mirakelkurer längre. Efter att ha gått igenom den heliga grals cykel till smutsiga ord, säger Lehman Brothers biotekanalytiker Rachel Leheny, har monoklonala antikroppar blivit en fungerande teknik med en etablerad uppsättning styrkor och svagheter.

Monoklonala antikroppar är designade av immunsystemet för att endast binda till specifika målmolekyler, vilket gör dem mycket mer exakta än typiska småmolekylära läkemedel, de relativt enkla föreningar som har varit basen i läkemedelsindustrin. Och till skillnad från andra proteinterapier, som bara kan aktivera eller blockera en specifik biologisk process vardera, kan monoklonala antikroppar utvecklas för vilket målprotein eller celltyp som helst som kan tänkas. Denna kombination av inbyggd precision och flexibilitet kan innebära snabbare utveckling och lägre toxicitet. Risken för att ett potentiellt antikroppsläkemedel misslyckas i kliniska prövningar på grund av oönskade biverkningar är betydligt mindre än för små molekyler.

Sannolikheten för framgång är mycket högre, och tidsförloppet för att utveckla dem är mycket snabbare, säger Geoff Davis, chief scientific officer på Abgenix, ett Fremont, CA-baserat antikroppsläkemedelsföretag. Med tanke på att läkemedelsföretag nu spenderar i genomsnitt 15 år och 800 miljoner dollar för att få ut ett nytt läkemedel på marknaden, kan det leda till en enorm vinst att spara några år i utvecklingen och minska risken för att ett läkemedel misslyckas i kliniska prövningar.

Det senaste uppsvinget till återupplivandet av monoklonala antikroppar kommer från sekvenseringen av det mänskliga genomet och den växande genomikindustrin. Plötsligt översvämmas läkemedels- och bioteknikforskare med gener, tiotusentals av dem, av vilka många kan vara värdefulla läkemedelsmål. Resultatet är en guldrush-mentalitet, eftersom forskare försöker fastställa vilka av dessa gener och deras åtföljande proteiner som är de bästa målen för att hämma sjukdomsprocesser. Här representerar monoklonala antikroppar - i skepnad av laboratorieverktyg som kommer att binda till specifika proteiner och slå dem ur funktion - ett av de snabbaste sätten att besvara dessa frågor. Och när ett livskraftigt mål har spikats kan den låga risken och exakta inriktningen av monoklonala individer göra dem till de enklaste läkemedlen att komma ut på marknaden mot det. De skär rakt in i jakten, säger Immunexs Carter.

Målet med jakten, själva antikropparna, är Y-formade proteiner som utgör immunsystemets första försvarslinje. De kommer att binda till allt som immunsystemet finner obekant och därmed potentiellt farligt - säg en bakterie eller virus - och sedan hålla i hårt och kalla fram hela spektrumet av immunsystemets krafter för att neutralisera eller förstöra målet (ser Mobiliserande immunitet ) .

Under en livstid genererar människokroppen ungefär 100 miljarder olika antikroppar. I varje fall är basen av Y:t praktiskt taget identisk; armarna på Y skiljer sig från antikropp till antikropp, vilket ger den stora variationen som maximerar möjligheten att immunsystemet kommer att upptäcka nästan alla tänkbara inkräktare.

Forskare har länge föreställt sig att inducera antikroppar för att bota eller behandla sjukdomar som immunsystemet antingen ignorerar, såsom cancer, eller orsakar, som reumatoid artrit, lupus och andra autoimmuna sjukdomar. Biologer har vetat i årtionden att om du immuniserar en mus med en mänsklig cancercell, eller till och med ett enda protein från en sådan cell, kommer musen att svara genom att generera sina egna antikroppar för att bekämpa utlänningen off-in-effekten, en anticancerantikropp. Om du injicerar samma cancercell om och om och om igen, kommer din mus att generera antikroppar som är utsökt specialiserade för att rikta in sig på cancercellerna du stoppar in.

Illustration av John MacNeill

Negativa reaktioner

Det var redan 1975 som Csar Milstein och Georges Khler, immunologer vid Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology i Cambridge, England, utvecklade en teknik för att massproducera sådana antikroppar och i processen startade en industri. Khler och Milstein fusionerade de antikroppsproducerande cellerna från möss, kända som B-lymfocyter, med tumörceller som skulle hålla dessa B-celler vid liv för alltid i ett laboratorium.

I kroppen finns omogna B-celler i benmärgen och innehåller ett komplett komplement av de gensegment som kodar för antikroppar. När cellerna mognar och migrerar in i blodomloppet, omarrangeras segmenten så att varje mogen B-cell gör bara en typ av antikropp - en monoklonal antikropp (ser Gener mot antikroppar ) . Var och en av Khler och Milsteins cellinjer skulle pumpa ut en oavbruten tillförsel av en enda monoklonal antikropp, beroende på vilken B-cell den uppstod ifrån. 1984 gav deras upptäckt paret en del av Nobelpriset i medicin, då det var ungefär tusen företag som försökte tjäna pengar på tekniken. De flesta av dem skulle misslyckas.

Problemet var inneboende i de antikroppskällor som fanns tillgängliga vid den tiden. Antikroppar kunde erhållas genom att immunisera möss, som med Raritan, NJ-baserade Ortho Biotechs Orthoclone, designad för att bekämpa avstötning av organtransplantationer och det första antikroppsläkemedlet som godkänts av FDA. (Ortho Biotech har varit ett dotterbolag till Johnson och Johnson sedan 1990.) Eller så kan de skördas direkt från mänskliga offer för en viss sjukdom, som med Centocors Centoxin.

Haken var att musantikroppar, ja, inte är mänskliga. Det mänskliga immunsystemet anser fortfarande att de är främmande och gör sitt bästa för att bekämpa dem från ett svar som kallas det mänskliga antimusantikroppssvaret, vilket inte bara förstör antikropparna utan kan leda till njursvikt och död.

När Orthoclone kom ut på marknaden 1986, lärde sig läkemedelsindustrin plötsligt hur dålig responsen kunde vara. Medan de flesta mottagarna mådde bra (och i själva verket används Orthoclone fortfarande), men vissa patienter hade allvarliga reaktioner. Här fanns ett läkemedel som var speciellt framtaget för att dämpa immunförsvaret, och man fick ändå ett starkt svar, säger Lonberg.

När det gäller antikroppar som skördats direkt från mänskliga patienter, binder de helt enkelt inte till sina mål tillräckligt hårt för att stoppa sjukdomen - eller åtminstone var det fallet med Centoxin, och anledningen till att dess mycket publicerade kliniska prövningar misslyckades.

Centoxins misslyckande, säger Lonberg, fick alla, åtminstone på Wall Street och stora apotek, att kasta upp händerna i förtvivlan med antikroppar och gå därifrån. Eli Lilly var ett klassiskt exempel. Lilly hade köpt Hybritech, det ursprungliga monoklonala antikroppsföretaget, 1986 för nästan 500 miljoner dollar. Efter att ha byggt upp Hybritech upp till 1 400 anställda sålde Lilly företaget 1995, post-Centoxin, för bara en bråkdel av vad det betalade för det.

Illustration av John MacNeill

Blir frisk

Då var dock frälsningen redan på väg. Den kom i skepnad av antikroppar som var betydligt mindre mus och alltmer mänskliga till ursprung och funktion. Forskare hade börjat utveckla metoder för att skapa dessa blandningar i mitten av 1980-talet, och teknikerna började bara bära frukt ungefär när Lilly gav upp Hybritech. Chimära antikroppar kom först, konstruerade redan 1984 genom att förena genen som genererar den konstanta regionen av en mänsklig antikropp, basen av Y, med generna som genererar de variabla regionerna av musantikroppar, de yttre armarna av Y. Den resulterande chimär är ungefär en tredjedel mus och två tredjedelar människa. Det binder fortfarande tätt till målet som det designades för, samtidigt som det undviker huvuddelen av det humana antimusantikroppssvaret.

Nästa ut från forskningslabbet var humaniserade antikroppar. Medan chimärer var en tredjedel av mus, var humaniserade antikroppar mindre än en tiondel. Från musen kom bara själva spetsarna på armarna på antikroppen Y, bara den del av den variabla regionen som binder direkt till dess mål. Allt annat var mänskligt. Men det fanns ett problem: när spetsarna på en musantikropp genetiskt ympades på ett mänskligt ramverk kunde antikroppen ofta inte greppa sitt mål tillräckligt hårt.

Cary Queen, en matematiker som blev biolog som då arbetade vid National Institutes of Health, skapade en algoritm för att analysera passformen mellan musspetsar och mänskligt ramverk och sedan ta reda på vilka molekyler i det mänskliga ramverket som skulle behöva justeras, och med hur mycket , för att låta musregionen sitta bekvämt ovanpå Y:s armar och binda tätt till sitt mål. Queen patenterade tekniken och grundade Fremont, CA-baserade Protein Design Labs 1986 för att humanisera antikroppar för sin egen läkemedelsverksamhet och för alla andra som kan använda dess tjänster.

Mellan chimär och humaniserande teknologi började antikroppsläkemedel att komma ut på marknaden, och industrins återupplivande tog fart. 1994 godkände FDA det första monoklonala antikroppsläkemedlet sedan 1986, Centocors chimära antikroppsläkemedel för att hämma koagulering efter kardiovaskulär kirurgi. (Johnson och Johnson förvärvade Centocor 1999.) Byrån godkände sedan ytterligare tre monoklonala antikroppsläkemedel 1997, inklusive San Diego-baserade Idec Pharmaceuticals och Genentechs chimära Rituxan för non-Hodgkins lymfom.

Rituxan och Genentechs humaniserade Herceptin, godkänd följande år för bröstcancer, kan ensam ha drivit antikroppsverksamheten tillbaka till högkonjunkturen, helt enkelt för att de var anticancerterapier och så uppfyllde, åtminstone blygsamt, en aspekt av mitten av 1980-talets hype. I alla fall följde godkännandet för ytterligare fem monoklonala antikroppar 1998, och fyra till sedan dess. För närvarande är nästan 50 humaniserade antikroppar i kliniska prövningar, inriktade på hela spektrumet av mänskliga sjukdomar från psoriasis till hjärtsjukdomar och cancer.

Get Cure

Men det är bara början, eftersom helt mänskliga antikroppar nu når de farmaceutiska pipelines. Det finns två sätt att utveckla dessa läkemedel. I den första tar forskarna bort hela komplementet av antikroppsgener från mänskliga B-celler och transplanterar dem till bakteriespecifika virus som kallas fager. Virusen genererar omedelbart lämpliga antikroppar från de nyförvärvade generna och visar sedan antikropparna på sina ytor - en antikropp per fag.

Nu lägger vi alla dessa fager i ett provrör, förklarar David Chiswell, medgrundare av Cambridge Antibody Technology i Cambridge, England. Varje gång vi vill ha antikroppar mot ett visst mål, doppar vi i huvudsak målet i provröret - vilket kan ses som ett bibliotek av antikroppar - och kopplar ut just den delmängden av 100 miljarder antikroppar som råkar binda specifikt till målet.

Metod nummer två är den transgena musen med ett mänskligt immunsystem - Lonbergs ursprungliga dröm på Medarex, som också eftersträvas av konkurrenten Abgenix. Sätt in en målmolekyl i en sådan mus, så får du en mänsklig antikropp ut - inget mänskligt antimusantikroppsvar att oroa sig för. För att göra mössen klonade forskare gensegmenten som är ansvariga för att generera miljontals möjliga mänskliga antikroppar, placerade dem alla i embryonala stamceller från mus och växte mössen till mognad. Det var en utmaning, säger Abgenixs Davis, eftersom ingen någonsin hade lagt så mycket DNA i en transgen mus. De var också tvungna att inaktivera generna som producerade musantikroppar, vilket de gjorde i en annan uppsättning möss, och sedan avlade de två linjerna tillsammans.

Även om de transgena mössen är den senaste antikroppsteknologin som kommer ut på marknaden, är det fortfarande en öppen fråga om de faktiskt är bättre än någon av de andra teknikerna för att generera nya antikroppsläkemedel. Alla dessa teknologier producerar förmodligen antikroppar som kommer att bete sig i huvudsak identiskt när de används i människor, säger Robert Kirkman, Protein Design Labs vice vd för affärsutveckling. Hur du får den bästa antikroppen mot det givna målet är den ultimata frågan. Och det kommer förmodligen inte alltid att vara samma teknik.

Oavsett vilken teknologi som till slut styr fältet, är det säkert att säga att antikroppar kommer att spela en stor roll i genomik och i bioteknikindustrin. Om inte annat, säger Lonberg, kan ett läkemedel mot monoklonala antikroppar på marknaden ge läkemedelsföretag ett sätt att ta itu med sjukdomar samtidigt som de spenderar de extra åren som krävs för att försöka utveckla en liten molekyl som gör samma uppgift.

Läkemedelstillverkare följer detta separata spår eftersom monoklonala antikroppar fortfarande har två allvarliga nackdelar jämfört med småmolekylära läkemedel. En är att de är stora proteiner. Detta innebär att de måste ges intravenöst snarare än i pillerform, så de kommer inte att tuggas upp i matsmältningssystemet, även om forskare hoppas kunna lösa det problemet snart. (Baksidan är att de håller betydligt längre i människokroppen, vilket innebär att de kan administreras kanske en gång i månaden snarare än en gång om dagen.) Och det andra är att de är dyra att tillverka.

Ingen av metoderna som används för att generera chimära, humaniserade eller helt humana antikroppar kan producera antikroppar i kommersiella kvantiteter. För tillfället tillverkar företag antikroppsläkemedel genom att först infoga genen för en specifik antikropp i celler som tas ut från hamsters äggstockar och sedan odla cellerna i biljoner i enorma kar, genom en jäsningsprocess inte olikt den som används för att göra öl.

Cellerna i varje kar utsöndrar sedan en enda typ av antikropp som kan skördas från den omgivande vätskan med några månaders mellanrum. Processen är dock dyr, så forskare har strävat efter dramatiska biotekniska lösningar för att utföra samma uppgift. I synnerhet skapar de genetiskt modifierade frukter och grönsaker - säg majs, alfalfa eller bananer laddade med de önskade antikropparna, eller till och med transgena djur för att fungera som levande monoklonala antikroppsfabriker.

Någonstans i centrala Massachusetts finns en biofarmproduktionsanläggning byggd av Genzyme Transgenics. Även om företaget inte gillar att säga exakt var det är, säger det att det ser mycket ut som vilken annan gård som helst - förutom de 2 000 eller så inhemska getter som har genetiskt modifierats med mänskliga gener för att uttrycka monoklonala antikroppar eller andra stora proteiner droger i deras mjölk.

Enligt Jack Green, Genzyme Transgenics ekonomichef, kan några få monoklonalt producerande getter som lakterar under ett år matcha produktiviteten hos ett helt jäsningskärl med hamsterceller. Och getterna kommer med den inbyggda fördelen att om ett läkemedel plötsligt har en större marknad än väntat, behöver du inte finansiera ett helt nytt vat till priset av några hundra miljoner dollar: du föder bara upp fler getter. Generationstiden för en ny get är sju månader till könsmognad, säger Green, så på ett år kan du komma till hur många getter och vilken produktionsskala du än önskar.

Efter ett kvarts sekel av kamp har monoklonala antikroppar överlevt och blivit en mogen och spännande teknologi. Och skeptikerna är borta sedan länge. Frågan är nu hur mycket av 2000-talets medicin som kommer att domineras av dessa anmärkningsvärda molekyler. Plötsligt ser allt det här äkta ut, säger Lonberg.

Monoklonala antikroppar är inte längre någons fantasi.

Antikroppar på attacken

Företag Läkemedel/målsjukdom Skede Ortho Biotech (Raritan, NJ) Ortoklon /Avstötning av hjärt-, lever- och njurtransplantat Godkänd juni 1986 Centocor (Malvern, PA)/
Eli Lilly (Indianapolis, IN) ReoPro /Koagulering efter kardiovaskulär kirurgi Godkänd december 1994 Genentech (South San Francisco, CA) /
Idec Pharmaceuticals (San Diego, CA) Rituxan /Non-Hodgkins lymfom godkänd november 1997 Centocor Remicade /Crohns sjukdom, reumatoid artrit Godkänd augusti 1998 Genentech Herceptin /Metastaserad bröstcancer Godkänd september 1998 Millennium Pharmaceuticals (Cambridge, MA) Campath /Kronisk lymfatisk leukemi
Campath /Multipel skleros Godkänd maj 2001
Fas II kliniska prövningar ImClone-system (New York, NY) Erbitux / Olika cancer fas II och III kliniska prövningar Abgenix (Fremont, CA) ABX-CBL /Transplantationsavstötning Fas II/III kliniska prövningar Tanox (Houston, TX) AD-439 /HIV, AIDS Fas II kliniska prövningar GlaxoSmithKline (Middlesex, U.K.) SB-240563 /Astma, allergi Fas II kliniska prövningar Medarex (Princeton, NJ) MDX-010 /Malignt melanom, prostatacancer Fas I kliniska prövningar BioTransplant (Charlestown, MA) AlloMune /Non-Hodgkins lymfom, Hodgkins sjukdom Fas I kliniska prövningar

Dölj