Riassunto analitico
Da quando la Food and Drug Administration ha approvato, nel 1986, il primo anticorpo monoclonale per prevenire il rigetto post-trapianto, gli anticorpi monoclonali sono diventati la classe principale di farmaci biotecnologici, con 79 molecole attualmente approvate e centinaia in sperimentazione clinica. Gli anticorpi monoclonali, utilizzati per la terapia di patologie sia orfane che ampiamente diffuse, hanno il loro principale vantaggio nella specificità, che è garantita dalle regioni che legano l’antigene: esse riconoscono solo specifiche molecole, evitando un’ampia diffusione ed interazione con off-targets, consentendo di utilizzare dosi basse e quindi ridurre la tossicità. Tuttavia, per la loro origine e struttura complessa, gli anticorpi sono maggiormente suscettibili, rispetto alle piccole molecole, a diverse condizioni stressanti a cui possono essere soggetti durante la produzione e la somministrazione. Variazioni nelle proprietà chimiche e fisiche possono, non solo modificare le proprietà farmacocinetiche e farmacodinamiche, ma anche indurre una reazione immunogenica dopo la somministrazione. Di conseguenza, un’intensiva caratterizzazione chimico-fisica, utilizzando sia approcci in silico che sperimentali, si rende necessaria per ridurre il rischio associato allo sviluppo di queste molecole e quindi selezionare i candidati più promettenti. Questi studi permettono inoltre di rivelare le principali vie di degradazione e, successivamente, identificare la formulazione più idonea a stabilizzare la molecola anticorpale preservando gli standard qualitativi richiesti, per mezzo di eccipienti idonei.
Kyamb Ltd, un’azienda biotecnologica con sede a Cambridge (Regno Unito), ricerca e sviluppa anticorpi monoclonali per la terapia di malattie immuno-oncologiche, autoimmuni, ematologiche ed infettive, utilizzando la tecnologia IntelliSelect®, che permette di ottenere anticorpi umani da topi transgenici che presentano geni per immunoglobuline umane nel loro genoma.
In questa tesi in Chimica e Tecnologie Farmaceutiche sono presentati uno studio di sviluppo per selezionare il candidato lead più promettente per il progetto KY1066, pensato per trattare l’elevata sideremia associata ad alcuni disturbi ematici, e uno studio di stabilità della formulazione finale per KY1070, pensato per la terapia di condizioni anemiche associate ad infiammazione cronica.
La selezione del lead di KY1066 è stata condotta mediante una caratterizzazione di cinque candidati dopo la conservazione per dodici settimane a diverse temperature (5°C, 25°C, 40°C) e alcuni cicli di congelamento-scongelamento. Tutte i candidati sono stati studiati in due diverse formulazioni liquide e lo studio ha dimostrato che due di essi avevano un potenziale comprabile per uno sviluppo futuro.
Lo studio di stabilità di KY1070 è stato effettuando monitorando diversi attributi durante una conservazione di sei mesi a diverse temperature (-70°C, 5°C, 25°C) e alcuni cicli ci congelamento-scongelamento. Nessun cambiamento significativo è stato osservato dopo la conservazione a -70°C, 5°C, e cicli di congelamento-scongelamento, mentre alcune variazioni non significative sono state osservate per la conservazione a 25°C.
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Abstract
Since the first monoclonal antibody was approved by FDA in 1986 to prevent acute transplant rejection, monoclonal antibodies (mAbs) became the predominant class within biopharmaceuticals, with 79 products already approved and hundreds currently on clinical trials. mAbs are used to control both widespread and orphan conditions and the main advantage of these biologicals is their specificity, that is ensured by highly specific target binding regions: monoclonal antibodies only target and bind to specific molecules, avoiding high distribution and interactions with related or off-targets and hence allowing lower dosage and reducing overall toxicity. On the other hand, antibody structure complexity and origin make them more susceptible to a variety of stresses they can come across during manufacturing and administration. Chemical and physical changes may not only affect pharmacokinetics and pharmacodynamics but also induce immunogenic reaction upon administration. Therefore, intensive characterization of biochemical and biophysical properties by both in-silico and experimental approaches is a key to de-risk development process and select a low-risk candidate which shows the highest potential to become a successful drug. These studies can also help in identifying major degradation pathways and then selecting the proper formulation able to stabilize the drug and preserve required quality attributes because of the inactive ingredients it is made of.
Kymab Ltd, a biotech company based in Cambridge, UK, discover and develop monoclonal antibodies for immune-oncology, immune disease, haematology and infectious disease therapeutic indications by use of IntelliSelect® Technology platforms. These platforms are designed to generate fully human monoclonal antibodies from highly-engineered transgenic strains of mice that have human immunoglobulin building blocks in their genome.
The aim of this experimental graduation thesis in Pharmaceutical Chemistry and Technology is focused on developability and stability studies to select a candidate antibody for KY1066 project, designed to treat iron-overload conditions, and evaluate product stability in the final formulation for KY1070, designed to treat anaemia associated to chronic inflammatory conditions.
KY1066 antibody lead selection was carried out by performing in-depth characterization of the candidates after 12-week storage at different temperatures (5⁰C, 25⁰C, 40⁰C) and freeze-thaw cycling. All candidates were evaluated into two liquid formulations and the study demonstrated that two candidates had comparable potential for successful development.
A stability study was performed on KY1070 candidate antibody by monitoring several quality attributes during 6-month storage at different temperatures (-70⁰C, 5⁰C, 25⁰C) and freeze-thaw cycling. Results showed no significant changes occur after storage at -70⁰C and 5⁰C and freeze-thaw cycling, while some minor and expected changes are observed over time after storage at 25⁰C.
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