抗體藥PK/PD與人源化小鼠模型

在過去數(shù)十年，無論是制藥企業(yè)還是學(xué)術(shù)界都耗費(fèi)了大量的財(cái)力物力來提高體外篩選技術(shù)的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。既然體外篩選技術(shù)已經(jīng)能夠測試出化合物的生物活性及理化性質(zhì)，為什么還要繼續(xù)在動物模型中研究潛在的候選藥物呢？

FDA、NMPA及其他監(jiān)管機(jī)構(gòu)要求：在藥物進(jìn)入臨床前必須在動物體內(nèi)證明其有效性和安全性。對于一個(gè)完整的動物而言，無論是鼠、犬、猴，甚至人類，都是一個(gè)相互交織、互相作用的復(fù)雜生物系統(tǒng)。目前，沒有體外篩選方法或是組合方法能夠模擬和反映整個(gè)有機(jī)體的復(fù)雜性。因此，利用動物模型來評價(jià)候選藥物對人體及疾病的影響是不可或缺的。

 

腫瘤動物模型的分類

1、小鼠異種移植腫瘤模型及分類

在腫瘤動物模型中，使用廣泛的一種是小鼠異種移植腫瘤模型，該模型利用了特定的小鼠，如SCID，NSG，B-NDG鼠等常規(guī)免疫缺陷或者重度免疫缺陷小鼠，該類小鼠無法對外來細(xì)胞產(chǎn)生免疫攻擊。有以下分類：

（1） CDX模型（Cell-line-Derived Xenograft）：使用標(biāo)準(zhǔn)化的癌種細(xì)胞系進(jìn)行建模，該類細(xì)胞培養(yǎng)方便，容易獲得，不過有其缺點(diǎn)，就是不能代表原始臨床腫瘤。

（2） PDX模型（Patient-Derived Tumor Xenograft）：從腫瘤病人身上獲得的腫瘤組織或細(xì)胞，雖然有其臨床腫瘤的特點(diǎn)，該種組織不易獲得，并且生長“繁育”周期比較久，成功率較低。

 

 

圖1. 小鼠異種移植腫瘤模型示意圖

 

抗體藥物多數(shù)是通過介導(dǎo)免疫系統(tǒng)對腫瘤進(jìn)行殺傷的，所以評價(jià)其有效性需要重建（Reconstitute）人免疫系統(tǒng)（包括DC，B，T，NK等）的動物模型。

 

表1. 小鼠異種移植腫瘤模型是否需要人的免疫系統(tǒng)重建

 

2、小鼠同種移植腫瘤模型

異種移植模型的缺點(diǎn)就是需要使用免疫缺陷的小鼠進(jìn)行建模，為了避免跨種屬移植免疫系統(tǒng)的排斥反應(yīng)。而重建人的免疫系統(tǒng)似乎又是無奈之舉，不是小鼠本身的免疫系統(tǒng)，影響了免疫細(xì)胞的發(fā)育和成熟。同種移植腫瘤模型可以讓研究者使用免疫系統(tǒng)健全的小鼠模型，但需要使用小鼠腫瘤細(xì)胞系進(jìn)行建模研究。功能完整的免疫系統(tǒng)使得同種移植模型比異種移植模型能更好地模擬癌癥的真實(shí)情況。

（1） 野生小鼠同種移植模型：主要應(yīng)用于Surrogate抗體的藥理藥效研究

（2） 基因改造（人源化）小鼠模型：用于人源化抗體的研究

 

圖2. 人源PD-1在小鼠基因組上的改造方案

 

3、野生小鼠及寵物自發(fā)腫瘤模型

隨著年齡的增長，小鼠和寵物大概率會發(fā)生腫瘤，這種自發(fā)腫瘤更接近人類癌癥，對于臨床的轉(zhuǎn)化將更有意義。

 

圖3. 體內(nèi)外模型及臨床轉(zhuǎn)化

 

利用基因人源化小鼠進(jìn)行抗體藥生物標(biāo)記物的研究

 

開發(fā)創(chuàng)新藥物需要對疾病、靶點(diǎn)及藥理機(jī)制有更深入理解�；�因人源化小鼠模型體內(nèi)藥效研究逐漸受到藥企認(rèn)可，那么如何利用它進(jìn)行藥理藥代（PD/PK）的研究、怎樣尋找合適的生物標(biāo)記物，如何聯(lián)系藥理藥代、動物模型和疾病狀況之間的關(guān)系？如果想要回答這個(gè)問題，可能您又有一個(gè)疑惑是基因人源化小鼠是否可以作為研究PD/PK的模型。

這個(gè)問題目前很難給出明確的答案，仍需要藥企，CRO及監(jiān)管部門三方共同進(jìn)行探索。需要驗(yàn)證什么是相關(guān)種屬， FDA等監(jiān)管機(jī)構(gòu)要求臨床前的動物實(shí)驗(yàn)必須使用相關(guān)種屬，對于抗體藥物的研究，除了需要和靶點(diǎn)結(jié)合外，更重要的是需要有藥效PD活性，才能叫做相關(guān)種屬。

 

如何評估PD（pharmacodynamics）?

需要尋找合適的生物標(biāo)記物（正常生物過程、致病過程或治療過程中，可以被客觀地測量和評價(jià)的一種特征指標(biāo)。）

生物標(biāo)記物主要分三類：

 

1、靶點(diǎn)生物標(biāo)記物

靶點(diǎn)受體占位（Receptor occupancy，RO）實(shí)驗(yàn)：

 

 

圖4. RO實(shí)驗(yàn)的原理

 

2、機(jī)制生物標(biāo)記物

 

腫瘤微環(huán)境的檢測：Biomarker Profiling

腫瘤微環(huán)境檢測包括

（1） 腫瘤內(nèi)免疫細(xì)胞的數(shù)量，位置及狀態(tài)（如激活，dysfunction）的改變

（2） 腫瘤細(xì)胞數(shù)量，狀態(tài)的改變

 

圖5. 腫瘤微環(huán)境示意圖

 

表2. 常用腫瘤微環(huán)境檢測Biomarker

（此表讓人有想要收藏的沖動~）

 

 （3） 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果：

 

圖6. Urelumab給藥后腫瘤體積變化

 

圖7. 不同給藥頻次對于腫瘤微環(huán)境的效果差異

 

圖8. 免疫熒光檢測腫瘤微環(huán)境

 

3、毒性生物標(biāo)記物

 

利用基因人源化小鼠進(jìn)行抗體藥藥物代謝的研究

一般認(rèn)為，藥物治療的因果邏輯鏈條是：劑量-暴露量-靶點(diǎn)作用-效應(yīng)-臨床獲益。由于生命體和疾病的多樣性及復(fù)雜性，從藥物劑量到病人獲益之間每一個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)際上都沒有絕對的因果關(guān)系。

 

圖9. 藥物的作用機(jī)理

 

與小分子藥物不同， 影響抗體藥代的因素有以下幾方面（圖10）：

（1） Fcγ受體

（2） FcRn循環(huán)

（3） 吸收代謝

（4） 免疫原性

（5） TMDD（靶點(diǎn)介導(dǎo)的藥物處置）

 

圖10. 影響抗體藥物代謝的因素

 

因抗體有靶點(diǎn)特異性，在抗體與靶點(diǎn)結(jié)合后會介導(dǎo)藥物的代謝變化，這也是相關(guān)種屬或者靶點(diǎn)人源化小鼠所特有的， 當(dāng)然，僅僅依靠靶點(diǎn)結(jié)合就判定與臨床一致是不現(xiàn)實(shí)的�？贵w在每個(gè)物種的半衰期不同，在人體一般為21天，在小鼠一般為兩周，在人源化小鼠上時(shí)間還要縮短。所以不能通過半衰期及其他藥代參數(shù)的絕對值判定動物模型與人體的相關(guān)性。

 

圖11. 藥代典型模型及TMDD模型

 

總結(jié)

藥物與機(jī)體的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，利用動物模型進(jìn)行臨床前研究可以快速有效的提供數(shù)據(jù)反饋，幫助了解抗體藥物作用的機(jī)制和藥物性質(zhì)，為抗體藥物的成功開發(fā)提供指導(dǎo)思路。

 

圖12. 藥物與機(jī)體的關(guān)系

 

圖13. 百奧賽圖藥理藥效服務(wù)平臺