A engenharia de anticorpos biespecíficos é desafiadora quando cria subprodutos indesejados. A tecnologia CrossMAb, projetada como uma plataforma simples para moléculas complexas, resolve esse problema.

 

Laura Fraser, autora best-seller do New York Times

 

Há mais de 30 anos, não muito tempo depois de começarem a desenvolver anticorpos terapêuticos — medicamentos revolucionários que se ligam com precisão a antígenos únicos — os cientistas já pensavam nas possíveis vantagens de medicamentos que pudessem atingir dois alvos simultaneamente: os anticorpos biespecíficos.

 

Se uma molécula pudesse atingir dois alvos, os pacientes poderiam tomar um medicamento em vez de dois, potencialmente com menos efeitos colaterais, e tendo de suportar menos injeções. As empresas farmacêuticas poderiam lançar mais rapidamente no mercado um medicamento combinado, produzindo uma molécula em vez de duas, com um único conjunto de estudos clínicos e sem ter de testar um esquema em combinação. O mais intrigante era que, aparentemente, havia situações em que a presença de duas funcionalidades em uma molécula poderia conseguir um resultado não alcançado pelas mesmas funções em dois medicamentos, por exemplo, ligando-se simultaneamente às células tumorais e liberando uma carga de medicamentos citotóxicos ou recrutando células imunes para junto das células cancerosas com o objetivo de matá-las.

 

“Os anticorpos biespecíficos permitem o acesso a novos mecanismos de ação que não foram possíveis com anticorpos únicos,” diz Stefan Weigand, Diretor Global de Pesquisa de Grandes Moléculas na Roche. Mas o problema dos anticorpos biespecíficos é que eles são muito difíceis de serem montados por engenharia molecular. A beleza dos anticorpos para um alvo único é que eles são muito semelhantes às moléculas criadas pela natureza e, por isso, o corpo costuma aceitá-los, havendo poucos efeitos colaterais; porém, quanto mais complexas forem as moléculas, menos o corpo gosta delas, o que pode significar mais efeitos colaterais indesejados. “Atualmente, existem literalmente centenas de modos diferentes de se produzir anticorpos biespecíficos,” diz Stefan Weigand, “mas poucos chegaram até os estágios mais avançados de estudos clínicos, em parte, porque muitos funcionam na teoria, mas são muito distanciados dos anticorpos originais.” Isso pode afetar tudo, desde a dificuldade de produção das moléculas e da sua estabilidade durante o processo, até o grau de tolerabilidade, que os pacientes terão em relação aos medicamentos.

 

O problema essencial com a engenharia de anticorpos biespecíficos está relacionada em como garantir a combinação dos diversos elementos para dar origem apenas a molécula desejada, ao mesmo tempo que se descarta os subprodutos indesejados. Os anticorpos clássicos têm duas cadeias pesadas idênticas e duas cadeias leves idênticas. Mas para combinar a função de dois diferentes anticorpos em um anticorpo biespecífico, são necessárias duas cadeias pesadas diferentes e duas cadeias leves diferentes. A célula, então, combina aleatoriamente essas cadeias, criando dez diferentes anticorpos, dos quais somente um é o produto desejado. Os demais são subprodutos indesejados que precisam ser purificados. ”Alguns desses subprodutos são facilmente separáveis e não são críticos”, diz Weigand. Mas outros são difíceis de separar e são críticos em termos de toxicologia e efeitos colaterais, dificultando ou mesmo impossibilitando a produção em grande escala.

 

“Esse é o problema crucial que atrasou todo o desenvolvimento de anticorpos biespecíficos durante anos,” diz Janice Reichert, Diretora Executiva da Antibody Society. “Não se conseguia produzir com eficiência uma molécula de qualidade suficientemente alta para estudos clínicos.”

 

Botões e casas

 

O primeiro passo importante para simplificar a produção de anticorpos biespecíficos foi dado em 1997 por Paul Carter, cientista da Genentech e principal inventor da tecnologia de “botões e casas” que resolveu o problema do pareamento correto das duas cadeias pesadas. No entanto, as cadeias leves continuavam se ligando aleatoriamente às cadeias pesadas. Mas agora, em vez de 10, eram produzidos quatro anticorpos. Desde então, muitas empresas desenvolveram diversas técnicas para criar anticorpos biespecíficos sem os subprodutos indesejados. “Foram precisos vários anos para que essas pessoas desenvolvessem a tecnologia e a fabricação,” diz Reichert.

 

“Existem muitas tecnologias viáveis, mas o difícil no caso dos anticorpos biespecíficos é levá-los até os estudos de fase 3 e garantir que sejam seguros e eficazes na população de pacientes.

 

Embora muitos estejam em várias fases de desenvolvimento, somente três medicamentos biespecíficos foram aprovados em todo o mundo, e um deles acabou sendo retirado do mercado. No entanto, essas moléculas são claramente interessantes e promissoras. 

 

  • 72 Anticorpos biespecíficos estão atualmente em estudos clínicos
  • 60% Dos anticorpos biespecíficos em estudos clínicos aproximam células imunes dos alvos cancerosos.

 

Uma nova tecnologia para produzir apenas uma molécula biespecífica

 

Agora, a Roche deu mais um passo com a tecnologia biespecífica e desenvolveu a última geração de engenharia de anticorpos biespecíficos: CrossMAb, uma tecnologia que produz uma molécula biespecífica —somente o que os cientistas almejam.  Os engenheiros tiveram de solucionar o problema de evitar que as cadeias leves de anticorpos se ligassem às cadeias pesadas, em combinações não desejadas. Weigand descreve o processo como semelhante à montagem de blocos de LEGO™: trocando blocos moleculares entre a cadeia leve e a pesada, cada um dos dois braços se liga a uma cadeia leve específica. Com essa engenharia elegante, a Roche desenvolveu uma tecnologia capaz de combinar dois anticorpos e criar o anticorpo biespecífico desejado, praticamente sem subprodutos.

 

“É uma das poucas metodologias que geram uma molécula praticamente indistinguível do anticorpo natural, exceto pelo fato de se ligar a dois antígenos, ” diz Weigand. “Esse é o segredo — em retrospectiva, é muito simples. ”

 

O fato de a molécula se assemelhar a um anticorpo natural significa que o sistema de defesa do corpo tem menor probabilidade de reconhecê-la como estranha. Como as moléculas não precisam passar por um longo processo de purificação, é muito mais fácil e rápido trabalhar com elas. Há uma linhagem celular e um processo de produção; é apenas uma molécula desde o começo. “Podemos preparar muito rapidamente centenas de anticorpos biespecíficos para testar no laboratório e selecionar a melhor combinação possível. ” A simplicidade da tecnologia tornará mais rápido produzir e aumentar essa produção progressivamente — o que, em última análise, levará os medicamentos aos pacientes mais rapidamente.1

 

A plataforma CrossMAb é tão robusta e simples que também pode ser usada para desenvolver anticorpos triespecíficos — com três alvos.2 E também pode servir para fazer diversas adições complexas a anticorpos clássicos. A tecnologia CrossMAb é uma poderosa ferramenta para ampliar o espectro de formatos das proteínas terapêuticas. “Isso cria uma diversidade adicional para trabalharmos com uma biologia sem precedentes em outras metodologias” diz Weigand.

 

As moléculas CrossMAb são os componentes básicos aos quais outras funções poderão ser agregadas no futuro. Uma delas é o “brain shuttle” ou transportador cerebral — um anticorpo biespecífico que atravessa a barreira hematoencefálica e poderá levar anticorpos cujos alvos3 são doenças neurológicas como Alzheimer ou Parkinson, permitindo o uso de doses menores do medicamento, do que no caso das pequenas moléculas sistêmicas. Outra é um braço extra que poderia ativar ou bloquear células imunes, dependendo da doença, combinando um braço de anticorpo direcionado ao câncer com um braço de anticorpo direcionado a células imunes. Em suma, o bloco elementar CrossMAb, robusto e simples, tornará muito mais fácil desenvolver a medicina personalizada — com medicamentos projetados para uma necessidade biológica específica em vez de tentarmos tratar muitas doenças, como os cânceres, com um único medicamento.

 

No momento, a primeira molécula CrossMAb, para oftalmologia, está apresentando os resultados de fase 3, se o tratamento do edema macular se mostrar significativamente mais eficaz que o padrão atual, ele será submetido à aprovação das agências reguladoras ao redor do mundo, como FDA (Food and Drug Administration), EMA (European Medicines Agency) e ANVISA (Agência Nacional de Vigilância Sanitária). Na Roche, o grande portfólio de moléculas engloba atualmente cerca de 80% de moléculas complexas, incluindo as biespecíficas baseadas na tecnologia CrossMAb.

 

Ainda haverá muitos desafios de engenharia na futura trajetória desses anticorpos flexíveis. “Apesar da beleza da tecnologia, nossas moléculas estão se tornando cada vez mais complexas, e quanto mais elas se afastam de um anticorpo típico como os que são produzidos pelos mecanismos de defesa do corpo, maior é o risco de efeitos colaterais difíceis de serem testados e previstos, ” diz Weigand. Mas começar com uma tecnologia simples ajudará.

 

“Embora existam centenas de modos diferentes de se produzirem anticorpos biespecíficos, eles não são todos iguais, ” diz Janice Reichert. “A tecnologia CrossMAb tem a vantagem de ser versátil, robusta, e de suas moléculas poderem ser desenvolvidas e produzidas. Uma vez resolvidos os problemas técnicos, podendo-se fabricar a molécula em grande quantidade, o céu é o limite.”

Tecnologia CrossMAb

 

Nas últimas três décadas, os anticorpos terapêuticos contribuíram para melhorar o tratamento de doenças complexas como câncer, infecções virais e doenças inflamatórias, graças à sua capacidade única de se ligarem de modo específico a proteínas de superfície.
 

Agora já se pode vislumbrar uma nova geração de medicamentos à base de anticorpos produzidos por engenharia biológica. Ao contrário dos anticorpos terapêuticos de primeira geração, os anticorpos biespecíficos produzidos por engenharia molecular combinam a especificidade de ligação de dois anticorpos em uma única molécula. A Roche inventou a tecnologia CrossMAb para produzir anticorpos biespecíficos.

 

“Essa seria uma vantagem, porque os anticorpos biespecíficos destinam-se a fazer coisas que os anticorpos monoespecíficos não podem fazer. Por exemplo, com um anticorpo biespecífico, poderíamos ligar fisicamente uma célula cancerosa a uma célula imune com potencial para destruir o câncer, um conceito que vem sendo testado na imunoterapia anticâncer. Além disso, com anticorpos biespecíficos poderíamos ativar processos como a apoptose, ou seja, a morte celular,  que requer a ligação a mais de uma proteína receptora na superfície de uma célula cancerosa”, explica Hubert Kettenberger, da área de pesquisa e desenvolvimento inicial da Roche Farmacêutica (pRED).

 

Além disso, bloquear duas proteínas alvo com uma molécula, em vez de duas, pode ser mais eficiente e pode mudar o cronograma de desenvolvimento. Não surpreende que a engenharia molecular de anticorpos biespecíficos tenha se tornado uma clara tendência da indústria farmacêutica na última década.

 

Kettenberger é membro da equipe da unidade de pesquisa de grandes moléculas da pRED, que apresentou a tecnologia CrossMAb para produção de anticorpos biespecíficos em 2011, posicionando a Roche na vanguarda dessa área científica. Os formatos de anticorpos biespecíficos CrossMAb da empresa são diferentes dos cerca de 50 formatos mais ou menos artificiais de anticorpos biespecíficos produzidos por engenharia molecular, nas últimas duas décadas. “Produzimos nossos CrossMAbs seguindo o mesmo processo biológico usado pela natureza e usando o mesmo processo de produção em células de mamíferos estabelecido há 30 anos para os anticorpos monoclonais”, diz Kettenberger. “Nossos CrossMAbs não contém ligantes ou conectores químicos que não fariam parte de um anticorpo natural. ”

 

Além disso, eles parecem demonstrar a mesma estabilidade em laboratório que os anticorpos monoclonais e podem ser facilmente produzidos em quantidades semelhantes.

 

Como criar um anticorpo a partir de dois?

CrossMAb

A ideia de combinar as metades de duas diferentes moléculas de anticorpo em forma de Y data dos anos 1980, quando era chamada “tecnologia de quadroma”. No entanto, produzir o anticorpo biespecífico desejado era como uma loteria molecular, porque há 16 diferentes possibilidades de se combinar as duas cadeias pesadas de cada anticorpo com as suas duas cadeias leves, resultando em 10 diferentes anticorpos, já que, normalmente, todas as cadeias pesadas podem se parear entre si, e cada cadeia leve pode se ligar de modo inespecífico a duas regiões, na extremidade superior das cadeias pesadas. “Inventamos a tecnologia CrossMAb para garantir a montagem correta e, ao mesmo tempo, evitar a formação de subprodutos indesejados”, diz Christian Klein, um dos inventores da tecnologia CrossMAb na pRED da Roche. Segundo Klein, o pareamento correto de cadeias pesadas de diferentes anticorpos já havia sido obtido por uma tecnologia inventada na Genentech em 1997. Uma espécie de “casa” e “botão” inseridos nas duas cadeias pesadas dos diferentes anticorpos promoviam o correto pareamento. No entanto, o uso da tecnologia do “botão na casa” formou apenas metade do quebra-cabeças molecular que os inventores da tecnologia CrossMAb precisavam resolver. O problema era encontrar um truque para impedir a ligação inespecífica de cadeias leves do anticorpo, às suas correspondentes pesadas, para evitar a formação de subprodutos indesejados. Os bioengenheiros resolveram o problema com se brincassem com LEGO®: trocando os blocos moleculares entre cadeias pesadas e leves, somente uma interação específica pode ocorrer no braço curto do anticorpo em forma de Y.

Veja o infográfico

Complexidade crescente

 

“O formato CrossMAb pode ter enormes vantagens em relação às plataformas existentes”, diz Jörg Regula, pesquisador da pRED da Roche. Segundo o colega Peter Brünker, também da pRED da Roche, formatos criados por engenharia molecular como os biespecíficos estão se tornando mais complexos. Na verdade, existem anticorpos CrossMAb em desenvolvimento na Roche que chegam a ter quatro lugares de ligação separados. “Houve uma grande evolução na indústria no sentido dos formatos de anticorpos produzidos por engenharia molecular”, diz Klein. A Roche está bem preparada para enfrentar os novos desafios.