Antilichaam Geneesmiddel Revival

In deze nieuwe wereld van vaak ongebreideld pessimisme is het de moeite waard om op te merken dat niemand ooit heeft gegarandeerd dat je de kost zou kunnen verdienen, laat staan ​​een goede, door de grenzen van de technologie te verleggen. Neem bijvoorbeeld Nils Lonberg. Lonberg vergelijkt het verhaal van zijn bedrijf met dat van Doornroosje, maar zijn analogie is niet precies. Doornroosje had tenslotte het geluk om door haar beproeving heen te slapen. Lonberg en zijn collega's waren klaarwakker door die van hen.

Lonberg was slechts een paar jaar afgestudeerd toen hij in 1989 in dienst trad bij GenPharm International, een bedrijf dat een klasse geneesmiddelen ontwikkelt die bekend staat als monoklonale antilichamen-opgevoerde versies van de eiwitten die door het immuunsysteem worden geproduceerd om ziekten te bestrijden. Het doel was om een ​​muis genetisch te manipuleren met een menselijk immuunsysteem, een systeem dat kan worden gebruikt om volledig menselijke monoklonale antilichamen te genereren.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van juli 2002

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Zijn timing had nauwelijks slechter kunnen zijn. Een reeks veelbelovende monoklonale antilichaamgeneesmiddelen om alles te genezen, van kanker tot ernstige infecties, stonden op het punt om spraakmakende mislukkingen te worden. Een daarvan, een medicijn genaamd Centoxin, gemaakt door Centocor uit Malvern, PA, zou naar verwachting miljarden verdienen als een behandeling voor vaak fatale septische shock voordat de Amerikaanse Food and Drug Administration het gebruik ervan in 1992 weigerde goed te keuren. de schijnbare ondergang van monoklonale antilichamen en, althans voor een tijdje, van de vooruitzichten van de hele biotech-industrie.

Het korte verhaal, zegt Lonberg, is dat we ineengedoken zitten. Het langere verhaal heeft, net als dat van Doornroosje, een happy end. In de afgelopen vier jaar is Medarex uit Princeton, NJ, dat in 1997 GenPharm kocht, tot bloei gekomen. Het bedrijf met monoklonale antilichamen heeft nu zo'n 300 werknemers, een gloednieuwe onderzoeksfaciliteit in Milpitas, CA, en 60 hectare in New Jersey, waar het een enorm ontwikkelingscentrum bouwt. Het heeft ook een half miljard dollar in contanten om de eindjes aan elkaar te knopen terwijl het zijn technologie en zijn medicijnen ontwikkelt. We zijn onderweg, zegt Lonberg, die nu senior vice-president en wetenschappelijk directeur van Medarex is.

Hetzelfde kan gezegd worden voor monoklonale antilichamen in het algemeen, die zich midden in een opmerkelijke opleving bevinden. Technologieën om monoklonale antilichamen te maken zijn eindelijk volwassen geworden en de medicijnen zelf worden opnieuw aangeprezen als mogelijke geneeswijzen of behandelingen voor het hele spectrum van menselijke ziekten.

Sinds 1997 heeft de FDA 10 monoklonale antilichaamgeneesmiddelen goedgekeurd, die een kwart vormen van alle biotechgeneesmiddelen op de markt, met een gecombineerde verkoop van meer dan een miljard dollar per jaar. En misschien nog veelzeggender: een op de vijf biotechnologische geneesmiddelen in ontwikkeling is een monoklonaal antilichaam. Zelfs biotechgigant Genentech, een bedrijf uit South San Francisco, CA, opgericht met als doel het produceren van enzym- en hormoongeneesmiddelen, vindt nu monoklonale antilichamen die de helft van zijn ontwikkelingspijplijn vullen.

Het verhaal van monoklonale antilichamen is inderdaad meer dan een sprookje; het is een les in de waarden van volharding en geduld. Toen we tien jaar geleden begonnen met monoklonale antilichamen, was de heersende wijsheid in de biotech: 'Been there, done that', dat werkte niet', zegt Paul Carter, een onderzoeker bij het in Seattle gevestigde Immunex, die in 1990 hielp bij de lancering van het onderzoek naar monoklonale antilichamen van Genentech. Nu wil iedereen en hun hond antistoffen krijgen.

Buitenlandse indringers

Nu monoklonale antilichamen een comeback maken, claimt niemand meer wondermiddelen. Monoklonale antilichamen zijn een werkende technologie geworden met een gevestigde reeks sterke en zwakke punten, zegt biotech-analist Rachel Leheny van Lehman Brothers.

Monoklonale antilichamen worden door het immuunsysteem ontworpen om alleen aan specifieke doelmoleculen te binden, waardoor ze veel nauwkeuriger zijn dan typische geneesmiddelen met kleine moleculen, de relatief eenvoudige verbindingen die het hoofdbestanddeel van de farmaceutische industrie zijn geweest. En in tegenstelling tot andere eiwittherapieën, die elk slechts één specifiek biologisch proces kunnen activeren of blokkeren, kunnen monoklonale antilichamen worden ontwikkeld voor elk denkbaar doeleiwit of celtype. Deze combinatie van ingebouwde precisie en flexibiliteit kan een snellere ontwikkeling en lagere toxiciteit betekenen. Het risico dat een potentieel antilichaamgeneesmiddel in klinische onderzoeken faalt vanwege ongewenste bijwerkingen, is aanzienlijk kleiner dan bij kleine moleculen.

De kans op succes is veel groter en het tijdsverloop om ze te ontwikkelen is veel sneller, zegt Geoff Davis, Chief Scientific Officer bij Abgenix, een in Fremont, CA gevestigd antilichaamgeneesmiddelenbedrijf. Gezien het feit dat farmaceutische bedrijven nu gemiddeld 15 jaar en 800 miljoen dollar besteden aan het op de markt brengen van een nieuw medicijn, kan een besparing van een paar jaar in de ontwikkeling en het verminderen van het risico dat een medicijn faalt in klinische proeven, resulteren in een enorme winst.

De nieuwste impuls voor de heropleving van monoklonale antilichamen komt van de sequencing van het menselijk genoom en de snelgroeiende genomica-industrie. Plots worden farmaceutische en biotech-onderzoekers overspoeld met genen, tienduizenden, waarvan vele waardevolle doelwitten voor geneesmiddelen kunnen zijn. Het resultaat is een goudkoorts-mentaliteit, terwijl onderzoekers haasten om vast te stellen welke van deze genen en de bijbehorende eiwitten het beste doelwit zijn voor het remmen van ziekteprocessen. Hier vertegenwoordigen monoklonale antilichamen - onder het mom van laboratoriuminstrumenten die zich aan specifieke eiwitten zullen binden en ze buiten werking stellen - een van de snelste manieren om die vragen te beantwoorden. En als er eenmaal een levensvatbaar doelwit is gevonden, kunnen monoklonalen door het lage risico en de nauwkeurige targeting ervan de gemakkelijkste medicijnen zijn om ertegen op de markt te komen. Ze gingen meteen de achtervolging in, zegt Carter van Immunex.

Het doel van het onderzoek, de antilichamen zelf, zijn Y-vormige eiwitten die de eerste verdedigingslinie van het immuunsysteem vormen. Ze binden zich aan alles wat het immuunsysteem niet vertrouwd en dus potentieel gevaarlijk vindt, bijvoorbeeld een bacterie of virus, en houden zich dan stevig vast, waarbij ze alle krachten van het immuunsysteem oproepen om het doelwit te neutraliseren of te vernietigen. (zien Immuniteit mobiliseren ) .

Het menselijk lichaam maakt in de loop van zijn leven ongeveer 100 miljard verschillende antilichamen aan. In elk geval is de basis van de Y vrijwel identiek; de armen van de Y verschillen van antilichaam tot antilichaam, waardoor de enorme variabiliteit wordt geboden die de mogelijkheid maximaliseert dat het immuunsysteem bijna elke denkbare indringer zal detecteren.

Onderzoekers hebben lang overwogen antilichamen te induceren om ziekten te genezen of te behandelen die het immuunsysteem ofwel negeert, zoals kanker, of veroorzaakt, zoals reumatoïde artritis, lupus en andere auto-immuunziekten. Biologen weten al tientallen jaren dat als je een muis immuniseert met een menselijke kankercel, of zelfs een enkel eiwit uit zo'n cel, de muis zal reageren door zijn eigen antilichamen te genereren om de vreemdeling te bestrijden, een antikankerantilichaam. Als je dezelfde kankercel keer op keer injecteert, zal je muis antistoffen genereren die speciaal zijn gericht op de kankercellen die je erin hebt gestopt.

Illustratie door John MacNeill

Bijwerkingen

Het was in 1975 dat Csar Milstein en Georges Khler, immunologen bij het Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology in Cambridge, Engeland, een technologie ontwikkelden om dergelijke antilichamen in massa te produceren en, in het proces, een industrie lanceerden. Khler en Milstein fuseerden de antilichaam-producerende cellen van muizen, bekend als B-lymfocyten, met tumorcellen die die B-cellen voor altijd in een laboratorium in leven zouden houden.

In het lichaam bevinden onrijpe B-cellen zich in het beenmerg en bevatten een volledige aanvulling van de gensegmenten die coderen voor antilichamen. Naarmate de cellen rijpen en in de bloedbaan migreren, ondergaan de segmenten een herschikking zodat elke rijpe B-cel slechts één type antilichaam maakt - een monoklonaal antilichaam (zien Genen tegen antilichamen ) . Elk van de cellijnen van Khler en Milstein zou een ononderbroken toevoer van een enkel monoklonaal antilichaam pompen, afhankelijk van de B-cel waaruit het voortkwam. In 1984 verdiende hun ontdekking het paar een deel van de Nobelprijs voor geneeskunde, tegen die tijd waren er ongeveer duizend bedrijven die probeerden de technologie te verzilveren. De meesten van hen zouden falen.

Het probleem was inherent aan de destijds beschikbare antilichaambronnen. Antilichamen kunnen worden verkregen door muizen te immuniseren, zoals met Raritan, Ortho Biotech's Orthoclone uit NJ, ontworpen om afstoting van orgaantransplantaten te bestrijden en het eerste antilichaamgeneesmiddel dat is goedgekeurd door de FDA. (Ortho Biotech is sinds 1990 een dochteronderneming van Johnson en Johnson.) Of ze kunnen rechtstreeks worden geoogst van de menselijke slachtoffers van een bepaalde ziekte, zoals bij Centocor's Centoxin.

De vangst was dat muizenantilichamen, nou ja, niet menselijk zijn. Het menselijke immuunsysteem beschouwt ze nog steeds als vreemd en doet zijn best om ze te bestrijden - een reactie die bekend staat als de menselijke antimuis-antilichaamreactie, die niet alleen de antilichamen vernietigt, maar kan leiden tot nierfalen en de dood.

Toen Orthoclone in 1986 op de markt kwam, ontdekte de farmaceutische industrie plotseling hoe slecht de respons kon zijn. Hoewel de meeste ontvangers in orde waren (en in feite wordt Orthoclone nog steeds gebruikt), hadden sommige patiënten ernstige reacties. Hier was een medicijn dat speciaal was ontworpen om het immuunsysteem te onderdrukken, en je kreeg nog steeds een sterke reactie, zegt Lonberg.

Wat betreft antilichamen die rechtstreeks van menselijke patiënten zijn geoogst, ze binden eenvoudigweg niet stevig genoeg aan hun doelwit om ziekte te stoppen - of dat was tenminste het geval met Centoxin, en de reden dat de veel gepubliceerde klinische onderzoeken faalden.

Het falen van Centoxin, zegt Lonberg, zorgde ervoor dat iedereen, in ieder geval op Wall Street en de big pharma, wanhopig de handen in de lucht gooide met antistoffen en wegliep. Eli Lilly was een klassiek voorbeeld. Lilly had Hybritech, het oorspronkelijke bedrijf voor monoklonale antilichamen, in 1986 gekocht voor bijna $ 500 miljoen. Nadat ze Hybritech had opgebouwd tot 1.400 werknemers, verkocht Lilly het bedrijf in 1995, na Centoxin, voor slechts een fractie van wat het ervoor betaalde.

Illustratie door John MacNeill

Gezond worden

Maar toen was de redding al onderweg. Het kwam aan in de gedaante van antilichamen die aanzienlijk minder muis waren en steeds menselijker van oorsprong en functie. Onderzoekers waren halverwege de jaren tachtig begonnen met het ontwikkelen van methoden om deze mengsels te maken, en de technologieën begonnen net hun vruchten af ​​te werpen rond de tijd dat Lilly Hybritech opgaf. Chimere antilichamen kwamen eerst, die in 1984 werden geconstrueerd door het gen dat het constante gebied van een menselijk antilichaam genereert, de basis van de Y, te koppelen aan de genen die de variabele gebieden van muizenantilichamen genereren, de buitenste armen van de Y. chimera is ongeveer een derde muis en tweederde mens. Het bindt nog steeds stevig aan het doelwit waarvoor het is ontworpen, terwijl het grootste deel van de menselijke antimuis-antilichaamrespons wordt vermeden.

Vervolgens kwamen uit het onderzoekslab gehumaniseerde antilichamen. Terwijl chimeren een derde muis waren, waren gehumaniseerde antilichamen minder dan een tiende. Van de muis kwamen alleen de uiteinden van de armen van het antilichaam Y, alleen dat deel van het variabele gebied dat direct aan zijn doelwit bindt. Al de rest was menselijk. Maar er was een probleem: wanneer de uiteinden van een muisantilichaam genetisch op een menselijk raamwerk werden geënt, was het antilichaam vaak niet in staat om het doelwit stevig genoeg vast te pakken.

Cary Queen, een wiskundige die bioloog werd en vervolgens bij de National Institutes of Health werkte, creëerde een algoritme om de pasvorm tussen muistips en menselijk raamwerk te analyseren en vervolgens uit te zoeken welke moleculen in het menselijk raamwerk zouden moeten worden aangepast, en met hoeveel , om het muisgebied comfortabel op de armen van de Y te laten zitten en stevig aan het doelwit te binden. Queen patenteerde de technologie en richtte in 1986 het in Fremont, CA gebaseerde Protein Design Labs op om antilichamen te humaniseren voor haar eigen drugshandel en voor iedereen die haar diensten zou kunnen gebruiken.

Tussen chimere en humaniserende technologie begonnen antilichaamgeneesmiddelen op de markt te komen en de opleving van de industrie nam een ​​vlucht. In 1994 keurde de FDA het eerste monoklonale antilichaamgeneesmiddel sinds 1986 goed, het chimere antilichaamgeneesmiddel van Centocor om de bloedstolling na cardiovasculaire chirurgie te remmen. (Johnson en Johnson verwierven Centocor in 1999.) Het bureau keurde vervolgens in 1997 nog drie monoklonale antilichaamgeneesmiddelen goed, waaronder het in San Diego gevestigde Idec Pharmaceuticals en het chimere Rituxan van Genentech voor non-Hodgkin-lymfoom.

Het gehumaniseerde Herceptin van Rituxan en Genentech, dat het jaar daarop werd goedgekeurd voor borstkanker, heeft misschien de antilichaambusiness terug in de boomfase geduwd, simpelweg omdat het antikankertherapieën waren en dus, op zijn minst bescheiden, een aspect van de hype van het midden van de jaren tachtig vervulden. In ieder geval volgde in 1998 de goedkeuring voor nog vijf monoklonale antilichamen en daarna nog vier. Op dit moment zijn bijna 50 gehumaniseerde antilichamen in klinische onderzoeken, gericht op het volledige spectrum van menselijke ziekten, van psoriasis tot hartaandoeningen en kanker.

Geiten genezen

Maar dat is nog maar het begin, aangezien volledig menselijke antilichamen nu de farmaceutische pijpleidingen bereiken. Er zijn twee manieren om deze medicijnen te ontwikkelen. In het eerste verwijderen onderzoekers het volledige complement van antilichaamgenen uit menselijke B-cellen en transplanteren ze in bacteriespecifieke virussen die bekend staan ​​als fagen. De virussen genereren onmiddellijk de juiste antilichamen van de nieuw verworven genen en vertonen vervolgens de antilichamen op hun oppervlak - één antilichaam per faag.

Nu stoppen we al die fagen in een reageerbuis, legt David Chiswell uit, medeoprichter van Cambridge Antibody Technology in Cambridge, Engeland. Elke keer dat we antilichamen tegen een bepaald doelwit willen, dopen we het doelwit in wezen in de reageerbuis - die kan worden gezien als een bibliotheek van antilichamen - en koppelen we precies die subset van 100 miljard antilichamen die toevallig specifiek aan het doelwit binden.

Methode nummer twee is de transgene muis met een menselijk immuunsysteem - de oorspronkelijke droom van Lonberg bij Medarex, ook nagestreefd door concurrent Abgenix. Stop een doelmolecuul in zo'n muis en je krijgt een menselijk antilichaam - geen menselijke antimuis-antilichaamrespons om je zorgen over te maken. Om de muizen te maken, klonen onderzoekers de gensegmenten die verantwoordelijk zijn voor het genereren van de miljoenen mogelijke menselijke antilichamen, stopten ze allemaal in embryonale stamcellen van muizen en groeiden de muizen tot volwassenheid. Het was een uitdaging, zegt Davis van Abgenix, omdat niemand ooit zoveel DNA in een transgene muis had gestopt. Ze moesten ook de genen inactiveren die muizenantilichamen produceerden, wat ze deden in een andere set muizen, en vervolgens de twee lijnen samen kweekten.

Hoewel de transgene muizen de nieuwste antilichaamtechnologie zijn die op de markt komt, is het nog steeds een open vraag of ze daadwerkelijk beter zijn dan alle andere technieken voor het genereren van nieuwe antilichaamgeneesmiddelen. Al deze technologieën produceren waarschijnlijk antilichamen die zich in wezen identiek gedragen wanneer ze bij mensen worden gebruikt, zegt Robert Kirkman, vice-president voor bedrijfsontwikkeling van Protein Design Labs. Hoe krijg je het beste antilichaam tegen het gegeven doelwit is de ultieme vraag. En dat zal waarschijnlijk niet altijd dezelfde technologie zijn.

Welke technologie uiteindelijk het veld regeert, het is veilig om te zeggen dat antilichamen een grote rol zullen spelen in de genomica en in de biotech-industrie. Als er niets anders is, zegt Lonberg, kan het op de markt brengen van een monoklonaal antilichaamgeneesmiddel farmaceutische bedrijven een manier geven om ziekten aan te pakken terwijl ze de extra jaren besteden die nodig zijn om een ​​klein molecuul te ontwikkelen dat dezelfde taak kan uitvoeren.

Geneesmiddelenmakers volgen dit aparte pad omdat monoklonale antilichamen nog steeds twee ernstige nadelen hebben in vergelijking met geneesmiddelen met kleine moleculen. Een daarvan is dat het grote eiwitten zijn. Dit betekent dat ze intraveneus moeten worden toegediend in plaats van in pilvorm, zodat ze niet in het spijsverteringsstelsel worden gekauwd, hoewel onderzoekers dat probleem snel hopen op te lossen. (De keerzijde is dat ze aanzienlijk langer meegaan in het menselijk lichaam, wat betekent dat ze misschien één keer per maand kunnen worden toegediend in plaats van één keer per dag.) En de tweede is dat ze duur zijn om te produceren.

Geen van de methoden die worden gebruikt om chimere, gehumaniseerde of volledig menselijke antilichamen te genereren, kan antilichamen in commerciële hoeveelheden produceren. Op dit moment maken bedrijven antilichaamgeneesmiddelen door eerst het gen voor een specifiek antilichaam in cellen te steken die uit de eierstokken van hamsters zijn gehaald en de cellen vervolgens met biljoenen in enorme vaten te laten groeien, door middel van een fermentatieproces dat vergelijkbaar is met dat dat wordt gebruikt om bier te maken.

De cellen in elk vat scheiden vervolgens een enkel type antilichaam af dat om de paar maanden uit de omringende vloeistof kan worden geoogst. Het proces is echter duur, dus onderzoekers hebben dramatische biotechnologische oplossingen nagestreefd om dezelfde taak te volbrengen. In het bijzonder creëren ze genetisch gemanipuleerde groenten en fruit, bijvoorbeeld maïs, alfalfa of bananen, geladen met de gewenste antilichamen, of zelfs transgene dieren om te dienen als levende monoklonale antilichaamfabrieken.

Ergens in het centrum van Massachusetts is een productiefaciliteit voor biofarmaceutica gebouwd door Genzyme Transgenics. Hoewel het bedrijf niet graag precies zegt waar het is, zegt het dat het veel op elke andere boerderij lijkt, behalve de ongeveer 2000 geiten die genetisch zijn gemanipuleerd met menselijke genen om monoklonale antilichamen of andere grote eiwitten tot expressie te brengen. medicijnen in hun melk.

Volgens Jack Green, chief financial officer van Genzyme Transgenics, kunnen een paar monoklonaal producerende geiten die een jaar lang borstvoeding geven, de productiviteit evenaren van een volledig fermentatievat met hamstercellen. En de geiten hebben het ingebouwde voordeel dat als een medicijn ineens een grotere markt heeft dan verwacht, je niet een heel nieuw vat hoeft te financieren van een paar honderd miljoen dollar: je fokt gewoon meer geiten. De generatietijd voor een nieuwe geit is zeven maanden tot geslachtsrijpheid, zegt Green, dus in een jaar kun je hoeveel geiten en welke productieschaal je ook wilt hebben.

Na een kwart eeuw strijd hebben monoklonale antilichamen het overleefd om een ​​volwassen en opwindende technologie te worden. En de sceptici zijn allang weg. De vraag is nu hoeveel van de 21e-eeuwse geneeskunde gedomineerd zal worden door deze opmerkelijke moleculen. Opeens lijkt dit allemaal echt, zegt Lonberg.

Monoklonale antilichamen zijn niet langer iemands fantasie.

Antilichamen bij de aanval

Bedrijf Geneesmiddel/doelziekte Fase Ortho Biotech (Raritan, New Jersey) Orthoclone /Afstoting van hart-, lever- en niertransplantaten Goedgekeurd juni 1986 Centocor (Malvern, PA)/
Eli Lilly (Indianapolis, IN) ReoPro /Post-cardiovasculaire-chirurgische stolling Goedgekeurd december 1994 Genentech (Zuid-San Francisco, Californië) /
Idec Pharmaceuticals (San Diego, Californië) Rituxan /Non-Hodgkin-lymfoom Goedgekeurd in november 1997 Centocor Remicade / Ziekte van Crohn, reumatoïde artritis Goedgekeurd in augustus 1998 Genentech Herceptin /Uitgezaaide borstkanker Goedgekeurd in september 1998 Millennium Pharmaceuticals (Cambridge, Massachusetts) Campath /Chronische lymfatische leukemie
Campath /Multiple sclerose Goedgekeurd mei 2001
Fase II klinische onderzoeken ImClone-systemen (New York, NY) Erbitux /Verschillende kankers Fase II en III klinische onderzoeken Abgenix (Fremont, Californië) ABX-CBL /Transplantaatafstoting Fase II/III klinische onderzoeken Tanox (Houston, Texas) AD-439 /HIV, AIDS Fase II klinische onderzoeken GlaxoSmithKline (Middlesex, VK) SB-240563 /Astma, allergie Fase II klinische onderzoeken Medarex (Princeton, New Jersey) MDX-010 /Maligne melanoom, prostaatkanker Fase I klinische onderzoeken Biotransplantatie (Charlestown, Massachusetts) AlloMune /Non-Hodgkin-lymfoom, ziekte van Hodgkin Fase I klinische onderzoeken

zich verstoppen