突破！三優(yōu)生物超萬(wàn)億抗體庫(kù)，推動(dòng)生物藥研發(fā)新前沿
三優(yōu)生物智能超萬(wàn)億分子發(fā)現(xiàn)平臺(tái)，可涵蓋6類分子形式，包括全人單克隆抗體、共同輕鏈抗體、人源化單域抗體、環(huán)狀多肽分子、ADC分子和mRNA分子，為不同疾病的治療提供多樣化的分子工具。在生物醫(yī)藥技術(shù)飛速發(fā)展的今天，全人單克隆抗體作為一種極具潛力的生物制品，正逐漸成為科研和臨床領(lǐng)域的焦點(diǎn)。
一、文庫(kù)背景
自1986年首個(gè)單克隆抗體獲批以來(lái)，抗體技術(shù)歷經(jīng)鼠源、嵌合、人源化到全人源抗體的迭代，逐步解決了免疫原性和療效問(wèn)題。抗體藥物市場(chǎng)規(guī)模在2023年達(dá)到2300多億美元，年增長(zhǎng)率約15%。截至2024年年底，F(xiàn)DA累計(jì)批準(zhǔn)的抗體類藥物已超過(guò)150款，其中有55種全人源單抗，占全部單抗藥物的34%。全人源單抗具備高特異性、高親和力及高安全性的顯著優(yōu)勢(shì)，將成為臨床使用的理想抗體。噬菌體展示技術(shù)是全人抗體開(kāi)發(fā)的重要途徑，市場(chǎng)上人源噬菌體展示抗體庫(kù)普遍存在供體少、庫(kù)容低、多樣性低、親和力低、成藥性低等問(wèn)題，為獲得數(shù)量更多，質(zhì)量更優(yōu)的候選抗體，三優(yōu)生物成功搭建了智能超萬(wàn)億全人抗體庫(kù)發(fā)現(xiàn)平臺(tái)（ST-FHAL，Super-trillion Fully Human Ab Library），針對(duì)任一靶點(diǎn)所獲抗體親和力、序列特異性、類別豐富度等指標(biāo)均居國(guó)際遙遙領(lǐng)先水平。
二、發(fā)展歷史
2015年，為了確立清晰的產(chǎn)權(quán)，三優(yōu)生物構(gòu)建了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、序列獨(dú)一無(wú)二的噬菌體展示載體。2017年，完成千億全人抗體庫(kù)概念設(shè)計(jì)，主要聚焦在成藥性較高的germline類型，并同時(shí)規(guī)避掉假基因的存在。2018年，成功構(gòu)建了第一個(gè)千億級(jí)全人抗體庫(kù)，相較于百億抗體庫(kù)，該庫(kù)的分子數(shù)量實(shí)現(xiàn)了數(shù)倍的增長(zhǎng)。同時(shí)，隨著庫(kù)容的顯著提升，優(yōu)選先導(dǎo)分子的數(shù)量也大幅增加。為了進(jìn)一步擴(kuò)大全人抗體庫(kù)的庫(kù)容，分別在2019年和2020年完成萬(wàn)億全人抗體庫(kù)和人源化半合成庫(kù)的概念設(shè)計(jì)。2021年完成萬(wàn)億全人抗體庫(kù)和萬(wàn)億全人半合成抗體庫(kù)的構(gòu)建及驗(yàn)證。萬(wàn)億全人半合成抗體庫(kù)是在萬(wàn)億全人抗體庫(kù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)CDR重組和分子區(qū)塊建庫(kù)實(shí)現(xiàn)的升級(jí)。
▲ 圖1. 三優(yōu)萬(wàn)億全人抗體發(fā)現(xiàn)平臺(tái)發(fā)展歷程
三、文庫(kù)組成
三優(yōu)萬(wàn)億全人抗體庫(kù)包括萬(wàn)億全人抗體庫(kù)、萬(wàn)億全人半合成抗體庫(kù)和萬(wàn)億全人共輕抗體庫(kù)三大文庫(kù)，總庫(kù)容為3.28萬(wàn)億。萬(wàn)億全人抗體庫(kù)是從全人B細(xì)胞中獲取重鏈和輕鏈基因，并隨機(jī)組裝成Fab，繼而將這些抗體片段克隆到噬菌粒載體進(jìn)行表達(dá)展示。萬(wàn)億全人抗體庫(kù)源自天然，成藥性良好，先導(dǎo)分子中位數(shù)：300+。萬(wàn)億全人半合成抗體庫(kù)是在萬(wàn)億全人抗體庫(kù)的基礎(chǔ)上，在體外模擬V(D)J重排的過(guò)程，將CDR3隨機(jī)序列與人胚系可變區(qū)基因（含CDR1和CDR2）進(jìn)行重組，以此來(lái)構(gòu)建的抗體庫(kù)。萬(wàn)億全人半合成抗體庫(kù)，經(jīng)重排后的抗體庫(kù)，輔以工程設(shè)計(jì)，多樣性高，先導(dǎo)分子中位數(shù)：300+。萬(wàn)億全人共輕抗體庫(kù)是由2條成藥性較好的輕鏈序列和具有高度多樣性的人源抗體重鏈序列重組構(gòu)建的Fab抗體文庫(kù)，可一步產(chǎn)生共同輕鏈抗體，先導(dǎo)分子中位數(shù)：300+。
四、文庫(kù)特性
1）特性一：以成藥性高的種系基因?yàn)橹?/strong>
三優(yōu)超萬(wàn)億全人抗體庫(kù)的重鏈種系基因（Germline）的分布特性如圖2所示，IGHV1和IGHV3合計(jì)占抗體庫(kù)總比例的86.9%。選取已推進(jìn)到臨床Ⅲ期或上市抗體藥重鏈種系基因的分布進(jìn)行比較，結(jié)果顯示兩種重鏈Germline分布特性高度相似。
▲ 圖2. 重鏈種系分布頻率比較
2）特性二：抗體多樣性高
全人源抗體庫(kù)篩選的抗體序列CDR-L3的長(zhǎng)度范圍為6-13個(gè)氨基酸，CDR-H3的長(zhǎng)度范圍為5-28個(gè)氨基酸，如圖3所示，與文獻(xiàn)報(bào)道一致，多樣性極高，且呈正態(tài)分布。
▲ 圖3. CDR-H3長(zhǎng)度分布規(guī)律
3）特性三：庫(kù)容大，先導(dǎo)抗體數(shù)量多
超萬(wàn)億全人抗體庫(kù)庫(kù)容量業(yè)內(nèi)遙遙領(lǐng)先，針對(duì)于單一靶點(diǎn)，從三優(yōu)超萬(wàn)億全人抗體庫(kù)篩出的先導(dǎo)分子可達(dá)數(shù)百。ST-FHAL庫(kù)容高達(dá)萬(wàn)億級(jí)，針對(duì)不同難度的靶點(diǎn)，包括單次跨膜、多次跨膜蛋白，以及細(xì)胞因子類靶點(diǎn)，均可獲得大量全人抗體。通過(guò)16個(gè)不同靶點(diǎn)對(duì)ST-FHAL進(jìn)行篩選驗(yàn)證，如圖4所示，共獲得5069個(gè)具有獨(dú)特序列的人源化抗體克隆，所得克隆數(shù)中位值是345個(gè)。
▲ 圖4. 三優(yōu)超萬(wàn)億全人抗體庫(kù)篩選binders數(shù)量統(tǒng)計(jì)
4）特性四：全面成藥性分析
超萬(wàn)億全人抗體庫(kù)篩選服務(wù)獲得的分子進(jìn)行全長(zhǎng)構(gòu)建后，會(huì)進(jìn)行全面的成藥性分析。如表1所示，包括純度及濃度測(cè)定、一級(jí)結(jié)構(gòu)分析、親和力及親和動(dòng)力學(xué)等多個(gè)維度。
▼ 表1. 抗體初步成藥性分析指標(biāo)
5）特性五：先導(dǎo)抗體親和力高
從三優(yōu)超萬(wàn)億全人抗體庫(kù)出的分子親和力往往可以達(dá)到nM至sub-nM之間。如圖5所示，大部分抗體克隆親和力在10-8~10-10之間。
▲ 圖5. 三優(yōu)超萬(wàn)億全人抗體庫(kù)先導(dǎo)分子親和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
6）特性六：融合了多樣化的篩選技術(shù)，速度快
三優(yōu)生物項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)豐富，可針對(duì)不同靶點(diǎn)類型制定個(gè)性化方案，包括單次跨膜類、多次跨膜類、GPCR靶點(diǎn)、因子類、病毒類以及胞內(nèi)靶點(diǎn)等。首先在原材料制備與鑒定階段，重組His或Fc融合蛋白、過(guò)表達(dá)HEK293或CHO細(xì)胞、高表達(dá)腫瘤細(xì)胞、多肽、VLP等均可作為篩選原材料。其次在抗體庫(kù)海選及篩選階段，可采用固相海選、液相海選、固相液相交叉海選、細(xì)胞海選、蛋白細(xì)胞交叉海選、競(jìng)爭(zhēng)海選等方式，確保每個(gè)靶點(diǎn)平均可獲得數(shù)百個(gè)先導(dǎo)抗體分子。最后在真核表達(dá)驗(yàn)證階段，可針對(duì)獲得的優(yōu)選分子進(jìn)行初步的成藥性分析，如：SDS-PAGE、SEC、LC-MS、ELISA、FACS和親和動(dòng)力學(xué)等生化理化檢測(cè)來(lái)驗(yàn)證分子質(zhì)量。三優(yōu)生物采用一站式高通量自動(dòng)化篩選，極大的縮短了篩選時(shí)間，21天即可完成文庫(kù)篩選和真核表達(dá)上清的驗(yàn)證。
▲ 圖6. 三優(yōu)超萬(wàn)億全人抗體分子發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)解決方案
7）特性七：高通量篩選
三優(yōu)生物創(chuàng)新性地將“噬菌體展示抗體庫(kù)技術(shù)”與“哺乳動(dòng)物細(xì)胞蛋白表達(dá)系統(tǒng)”深度融合，構(gòu)建了一個(gè)高度自動(dòng)化、高通量且精準(zhǔn)的一站式篩選平臺(tái)。經(jīng)過(guò)三年的持續(xù)優(yōu)化，三優(yōu)生物成功建立了全自動(dòng)化的實(shí)驗(yàn)體系，基于固相與液相相結(jié)合的一站式高通量自動(dòng)化篩選技術(shù)，大幅縮短了篩選周期，顯著提升了篩選效率，僅僅21天就可以完成文庫(kù)篩選及真核表達(dá)初步驗(yàn)證，還顯著提高了篩選通量和整體效率，為藥物研發(fā)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
8）特性八：積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)及案例，穩(wěn)定，可靠
截止目前，三優(yōu)生物已完成200+靶標(biāo)的全人抗體庫(kù)篩選，從三優(yōu)超萬(wàn)億全人抗體庫(kù)篩出的先導(dǎo)分子可達(dá)數(shù)百。同時(shí)，三優(yōu)生物成功推動(dòng)了上百個(gè)PCC項(xiàng)目，其中多個(gè)項(xiàng)目進(jìn)入臨床階段，這一進(jìn)展充分證明了STAL平臺(tái)在開(kāi)發(fā)多種主流藥物分子方面的強(qiáng)大能力，涵蓋單抗藥物、雙抗藥物、多抗藥物、ADC藥物、AOC藥物、抗體與核素偶聯(lián)藥物、PDC藥物以及CAR-T免疫細(xì)胞療法等。
▼ 表2. 相關(guān)案例統(tǒng)計(jì)
代表案例
? 1、抗CD100全人抗體背景
CD100屬于Semaphorin家族，為單次跨膜的I型膜蛋白，以可溶和膜結(jié)合兩種形式存在，參與調(diào)節(jié)軸突導(dǎo)向及體內(nèi)免疫功能和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，CD100在多種組織均有表達(dá)，且在多種腫瘤類型中表達(dá)上調(diào)，包括頭頸鱗狀細(xì)胞癌、乳腺癌、前列腺癌、結(jié)腸癌等。CD100與Plexin B1的結(jié)合介導(dǎo)免疫抑制微環(huán)境。
目前全球共有3個(gè)抗CD100的成藥型抗體在研，1個(gè)已經(jīng)進(jìn)入臨床II期，其中臨床推進(jìn)最快的為Pepinemab，為靶向CD100的單克隆抗體，適應(yīng)癥為實(shí)體瘤，頭頸部鱗狀細(xì)胞癌，多發(fā)性硬化等。
抗CD100抗體阻斷CD100與PlexinB1結(jié)合，逆轉(zhuǎn)腫瘤微環(huán)境中的免疫抑制，包括抑制MDSC的招募，促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞向M1型極化，促進(jìn)T細(xì)胞活化和招募，從而殺傷腫瘤細(xì)胞。
▲ 圖7. 靶向CD100的聯(lián)合治療機(jī)制
? 2、抗體發(fā)現(xiàn)技術(shù)路線
為了產(chǎn)生CD100的抗體，我們?cè)谌齼?yōu)超萬(wàn)億全人抗體庫(kù)中通過(guò)2-3輪海選和真核細(xì)胞表達(dá)驗(yàn)證，篩選到多個(gè)能夠特異性識(shí)別CD100，且具有人、鼠和猴交叉活性的候選抗體，具體的篩選流程見(jiàn)圖8。
▲ 圖8. 抗CD100抗體發(fā)現(xiàn)流程
? 3、CD100抗體關(guān)鍵結(jié)果
3.1、細(xì)胞水平的結(jié)合、阻斷分析
全人源候選分子在細(xì)胞水平進(jìn)行結(jié)合、阻斷和激活實(shí)驗(yàn)，圖9展示了采用FACS分析抗體與細(xì)胞表面蛋白結(jié)合活性的數(shù)據(jù)，圖10展示了基于FACS分析抗體對(duì)受體配體結(jié)合阻斷的結(jié)果。優(yōu)選分子B親和、阻斷、種屬交叉活性均顯著優(yōu)于Bench marker（Pepinemab），A親和、阻斷、種屬交叉活性與Bench marker（Pepinemab）相當(dāng)。
▲ 圖9. FACS親和活性驗(yàn)證
▲ 圖10. FACS阻斷活性驗(yàn)證
3.2、體外藥效驗(yàn)證
MDSC細(xì)胞的增殖可以促進(jìn)腫瘤免疫逃逸，抗CD100抗體可以抑制MDSC細(xì)胞的增殖，從而抑制腫瘤免疫逃逸。全人源候選分子抑制MDSC細(xì)胞增殖結(jié)果在如11所示，A抑制MDSC細(xì)胞增殖效果顯著優(yōu)于Bench marker。
▲ 圖11. MDSC細(xì)胞增殖抑制實(shí)驗(yàn)結(jié)果
3.3、體內(nèi)藥效驗(yàn)證
全人源候選分子A在Nude小鼠CDX模型的體內(nèi)抗腫瘤藥效驗(yàn)證結(jié)果如圖12所示。分PBS對(duì)照組和治療組，每周給藥兩次，連續(xù)給藥四周。結(jié)果顯示：候選抗體A與PD-L1單抗（P18）聯(lián)用的抑瘤效果顯著優(yōu)于對(duì)照抗體與PD-L1單抗聯(lián)用。
▲ 圖12. 腫瘤生長(zhǎng)抑制實(shí)驗(yàn)結(jié)果
五、總結(jié)展望
三優(yōu)生物智能超萬(wàn)億人源抗體發(fā)現(xiàn)平臺(tái)擁有強(qiáng)大的分子發(fā)現(xiàn)能力，目前已經(jīng)完成了數(shù)百個(gè)項(xiàng)目的分子發(fā)現(xiàn)，拓展了人源抗體在腫瘤、自身免疫疾病、感染性疾病等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。在未來(lái)五年內(nèi)，三優(yōu)生物計(jì)劃將超萬(wàn)億分子庫(kù)進(jìn)一步升級(jí)至百萬(wàn)億級(jí)別，通過(guò)擴(kuò)展全人源抗體庫(kù)的多樣性，進(jìn)一步提升藥物發(fā)現(xiàn)的潛力和效率。與此同時(shí)，公司通過(guò)引入先進(jìn)的AI算法和機(jī)器學(xué)習(xí)模型，實(shí)現(xiàn)了一鍵式序列分析和數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，接下來(lái)將研發(fā)從頭生成、抗體親和力、成藥性、免疫原性和特異性預(yù)測(cè)等算法，加速藥物開(kāi)發(fā)進(jìn)程，提升藥物開(kāi)發(fā)效率和成功率，并將繼續(xù)深化與全球頂尖科研團(tuán)隊(duì)的合作，共同攻克高難度疾病領(lǐng)域的藥物研發(fā)挑戰(zhàn)，為全球患者提供更多突破性的治療方案。
關(guān)于三優(yōu)生物
三優(yōu)生物是一家以“運(yùn)用創(chuàng)新生物藥提高人類的生活品質(zhì)”為愿景，以“讓天下沒(méi)有難做的創(chuàng)新生物藥”為使命的生物醫(yī)藥高新技術(shù)企業(yè)。公司總部位于中國(guó)上海，在美國(guó)、歐洲等地設(shè)有子公司，現(xiàn)有投產(chǎn)及布局的研發(fā)及GMP場(chǎng)地20000多平方米。
公司以智能超萬(wàn)億分子庫(kù)為核心，打造了國(guó)際領(lǐng)先的創(chuàng)新生物藥臨床前智能化及一體化研發(fā)平臺(tái)，通過(guò)“新藥發(fā)現(xiàn)、臨床前研究、智能化藥物研發(fā)及前沿科學(xué)研究”等四個(gè)維度加速創(chuàng)新生物藥物的研發(fā)進(jìn)程。
公司為合作伙伴提供“差異化CRO、整合型CDO、協(xié)同型CPO、特色CRS”于一體的“創(chuàng)新生物藥4C綜合業(yè)務(wù)”。公司已建立全球營(yíng)銷網(wǎng)絡(luò)，已與全球1200多家藥企、生技公司等建立了良好的合作關(guān)系；已完成了1200多個(gè)新藥發(fā)現(xiàn)及開(kāi)發(fā)服務(wù)項(xiàng)目；已完成了50多個(gè)合作研發(fā)項(xiàng)目，其中9個(gè)合作項(xiàng)目已完成臨床申報(bào)；公司開(kāi)發(fā)了數(shù)千種品牌試劑。
公司已獲得國(guó)家高新技術(shù)、上海市專精特新、上海市小巨人和上海“張江之星”企業(yè)認(rèn)定。
