贝伐珠单抗仿制药生物活性测定方法的开发与应用

贝伐珠单抗仿制药生物活性测定方法的开发与应用


2024年5月3日发(作者:测距仪软件免费下载)

276 中国医药生物技术 2018年6月第13卷第3期 Chin Med Biotechnol, June 2018, Vol. 13, No. 3

DOI: 10.3969/.1673-713X.2018.03.015

·

技术与方法

·

贝伐珠单抗仿制药生物活性测定方法的

开发与应用

王静斋,肖莉杰

贝伐珠单抗是一种人源化的抗血管内皮生长因子

(vascular endothelial growth factor,VEGF)重组单克隆抗

体,其人类免疫球蛋白 G(IgG)片段占 93%,其余的

是鼠源结构,人源化部分可以使该药的 t

1/2

延长和免疫

原性降低

[1]

。VEGF 是血管生成的重要调控因子,

VEGF-A/VEGFR2 信号由 PLC-γ1 通过促进其激动激酶 C

和 Raf-MEK 信号通路,最终通过 ERK1/2 促进血管内皮

细胞的增殖

[2]

。原位杂交研究表明,多种人实体肿瘤中均存

在 VEGF mRNA 的表达

[3]

。肿瘤新生血管的生成是肿瘤与

其周围环境中血管生长因子相互作用的结果

[4]

,贝伐珠单抗

可以与 VEGF 特异性结合,从而阻断其与受体结合,使血

管内皮细胞生长因子受体(VEGFR)无法活化,从而发挥

抗血管生成的作用。因 VEGF 能促进异常肿瘤血管内皮细

胞增殖、迁移、新生和增加肿瘤血管通透性,故贝伐珠单抗

结合 VEGF 后,异常肿瘤血管得到改善,肿瘤血管通透性

变得正常,肿瘤部位的血管出现退化,肿瘤体积变小。同时,

组织间隙的压力下降,最终使化疗药物更多更顺利地到达肿

瘤部位

[5]

单克隆抗体药物的生物活性检测是指依据单克隆抗体

的预期、潜在的作用机制和工作模式(可能不限于一种),

采用相应的生物学测定方法和数据分析模式,在体外建立相

应的细胞评价模型,模拟其作用机制,产生客观的全程量效

反映,并将供试品与参比品进行比较,供试品测定结果应在

规定的范围内。目前对于生物仿制药生物活性检测的方法主

要是基于细胞检测方法,其优点是特异性高、变异度小,但

其受到一些条件的限制,该方法也存在操作过程较为复杂、

实验周期长、人为操作误差等缺点。而基于表面等离子共振

技术建立的活性检测方法,是近几年被广泛应用于小分子制

药和生物制药领域的新型检测技术,它是一种物理光学特性

的分析技术,近几年也有很多这方面的报道

[6-10]

,该技术操

作简便、实验周期短、样品消耗量低,一般仅有微克级,除

了可以获得一般的亲和力信息外,还能够给出对阐述分子间

结合机制更为宝贵的动力学信息,在分析测定核酸、蛋白质

等大分子方面显示出了巨大的应用潜力

[11-12]

。本实验根据

《人用重组 DNA 制品质量控制技术指导原则》和《中国

药典》三部(2015 版)的要求

[13-14]

,结合产品的特点,将

人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,

HUVEC)增殖抑制法及表面等离子共振(surface plasmon

resonance,SPR)技术相结合,对贝伐珠单抗生物仿制药生

物活性检测方法进行开发和建立,使其生物活性检测结果可

信度更高,为贝伐珠单抗生物仿制药临床研究提供有力的数

据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

实验检测用 HUVEC 细胞株、基础培养液

(HUVEC-004B)、完全培养基(HUVEC-004)、FBS、生

长因子添加剂购自澳赛尔斯生物技术(上海)有限公司;

DMSO、明胶购自美国 Sigma 公司;PBS、0.25%

Trypsin-EDTA(1 ×)购自美国 Gibco 公司;VEGF

165

购自

美国 Sino Biological 公司;Alarm Blue 和酶标仪均购自美

国 Thermo 公司;Sensor Chip CM5 传感芯片、HBS-EP +

buffer(10 ×)、Biacore 仪器购自美国 GE 公司;标准品

及样品由东竺明生物技术有限公司提供;二氧化碳培养箱购

自美国 Shell AB 公司。

1.2 方法

1.2.1 基于 HUVEC 增殖抑制法活性方法的开发

1.2.1.1 HUVEC 细胞培养 复苏细胞前一天用 0.25%

的明胶溶液包被细胞培养瓶,明胶均匀分布在培养瓶底面,

置 37 ℃ 培养箱中,放置过夜(至少放置 2 h),37 ℃ 水

浴预热完全培养基(HUVEC-004)。从液氮中取出细胞

冻存管,快速将其置于 37 ℃ 水浴中解冻,放入生物安

全柜中,将细胞转移至加好培养基的细胞培养瓶中后,置于

37 ℃、5% CO

2

培养箱内培养。待复苏后的细胞汇合度达到

80% 左右的时候,消化细胞并对细胞进行传代、冻存或者

铺板。

1.2.1.2 VEGF 最适作用浓度的优化 确定合适的

VEGF 的作用浓度,使得在这种条件下,VEGF 对细胞具

有最大的刺激生长的作用,药物作用效果也更加明显。

实验过程如下:1% FBS HUVEC 基础培养基,调

整 HUVEC 活细胞密度至 1 × 10

5

个/ml,100 μl/孔,加入

96 孔细胞培养板;接着用 1% FBS HUVEC 基础培养基

稀释 VEGF 终浓度分别至 5、10、15、20、25、30、35、

40 ng/ml,每个浓度 4 个复孔,100 μl/孔加入到细胞培养板

中。37 ℃,5% CO

2

培养箱培养 96 h,加入 20 μl/孔 Alarm

作者单位:163316 大庆,黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院

通信作者:肖莉杰,Email:371579562@

收稿日期:2017-11-25

中国医药生物技术 2018年6月第13卷第3期 Chin Med Biotechnol, June 2018, Vol. 13, No. 3 277

Blue 检测液,5% CO

2

培养箱中孵育显色 6 h,在 530 nm

激发光和 590 nm 发射光下,读取荧光读数(RFU),软件

分析得到曲线。

1.2.1.3 样品作用浓度、稀释倍数、梯度的优化 需要确

定合适的样品最佳起始浓度、稀释倍数及稀释梯度,使得

在这种条件下,通过实验结果绘制的标准曲线的窗口差值、

抗体作用浓度点的分布最为理想,同时使实验结果的可信度

更高。

实验过程如下:1% FBS HUVEC 基础培养基,调整

HUVEC 活细胞密度至 1 × 10

5

个/ml,100 μl/孔,加入 96 孔

细胞培养板;接着用 1% FBS HUVEC 基础培养基稀释

VEGF 至适宜浓度,作为 A液。用 A 液按以下条件稀释

单抗样品:样品起始浓度 80 μg/ml,3 倍稀释,12 个梯度;

样品起始浓度 3 μg/ml,2 倍稀释,9 个梯度;样品起始浓

度 3 μg/ml,3 倍稀释,8 个梯度;样品起始浓度 3 μg/ml,

5 倍稀释,8 个梯度。每个浓度 3 个复孔,100 μl/孔加入

到细胞培养板中。37 ℃,5% CO

2

培养箱培养 96 h,加入

20 μl/孔 Alarm Blue 检测液,5% CO

2

培养箱中孵育显色

6 h,在 530 nm 激发光和 590 nm 发射光下,读取荧光读

数(RFU),软件分析得到曲线。

1.2.1.4 专属性验证实验 取抗 TNF-α 单抗、抗

RANKL 单抗、基础培养液(HUVEC-004B)、抗 VEGF 单

抗作为四种检测样品,按照以上优化好的条件进行实验,验

证贝伐珠单抗仿制药与 VEGF 的剂量线性关系。

1.2.1.5 线性及重复性验证实验 按照确定的方法配置标

准品和样品,连续进行 6 次检测,读取荧光读数(RFU),

曲线拟合,得到 r

2

值及 EC

50

值,计算 6 次实验 EC

50

RSD 值。

1.2.1.6 准确性及中间精密度验证实验 按照确定的方法

配置标准品和样品,由 3 名检测人员分别在三天实验,每

天两次检测,曲线拟合得到 EC

50

值,计算 6 次实验 EC

50

的 RSD 值,同时,计算其相对生物活性值,相对生物活性

值 = 标准品 EC

50

/样品 EC

50

1.2.2 基于表面等离子共振技术活性方法的开发 表面等

离子共振(SPR)技术是一种基于物理光学特性的分析技

术,Biacore 仪器是基于 SPR 技术开发的新型生物传感分

析仪器

[15]

,本实验以 Biacore 为检测仪器,以贝伐珠单抗

标准品为配体,以 VEGF 为分析物,分别按照以下条件进

行稀释:配体浓度 1 μg/ml,分析物浓度 2.5 mg/ml;配体

浓度 0.5 μg/ml,分析物浓度 2.3 μg/ml;配体浓度 0.25 μg/ml,

分析物浓度 2.3 μg/ml,所有单循环进样 120 s,再生液为

3 mol/L 氯化镁。根据以上实验确定最佳多循环条件,多循

环实验时,分别稀释配体及分析物至最佳浓度,分析物

VEGF 以最佳浓度为起始浓度,2 倍稀释,7 个梯度。其

中,设置中间浓度及零浓度,进样 120 s,解离 800 s,再

生液为 3 mol/L 氯化镁。

1.2.3 贝伐珠单抗仿制药样品生物活性检测 按照以上基

于 HUVEC 增殖抑制法建立的活性检测方法对贝伐珠单抗

仿制药样品进行检测,读取荧光读数(RFU),曲线拟合,

得到其 r

2

值及 EC

50

值,并计算其相对生物活性值。同时

按照以上基于 SPR 技术建立的活性检测方法对贝伐珠单

抗仿制药样品进行检测,得到其抗原抗体亲和力(KD)值,

以及动力学曲线。

2 结果

2.1 基于 HUVEC 增殖抑制法活性方法的开发

所有实验结果都通过 Graph Pad Prism 5 软件分析并拟

合曲线。

2.1.1 VEGF 最适作用浓度优化 为了确定最佳的 VEGF

的作用浓度,使其对 HUVEC 的刺激效果最为明显,本实

验选取了 8 个浓度点进行检测,结果显示,VEGF 30、35、

40 ng/ml 的点都处于指数期,对 HUVEC 细胞都具有最大

的刺激生长作用,同时出于成本考虑,选用 VEGF 30 ng/ml

作为实验的最适作用浓度(图 1)。

1400

1300

1200

1100

1000

900

800

0.5 1.0 1.5 2.0

lg C

VEGF

(ng/ml)

图 1 VEGF 刺激 HUVEC 细胞增殖曲线

2.1.2 样品作用浓度、稀释倍数、梯度的优化 通过对样

品最适起始浓度,最佳稀释倍数及梯度等条件进行优化,确

定样品的浓度作用范围在 3 ~ 0.0013 μg/ml 之间,8 个浓度

作用点,曲线拟合度较好。同时,样品起始浓度 3 μg/ml,

3 倍稀释,8 个梯度曲线各浓度点分布较为理想,曲线拟合

度最好,所以该检测方法最终确定样品起始浓度为 3 μg/ml,

3 倍稀释,8 个梯度(图 2)。

1600

1500

1400

1300

1200

1100

1000

–4 –3 –2 –1 0 1

lg C

抗体

(μg/ml)

图 2 抗 VEGF 单克隆抗体抑制 HUVEC 细胞增殖曲线

278 中国医药生物技术 2018年6月第13卷第3期 Chin Med Biotechnol, June 2018, Vol. 13, No. 3

2.1.3 专属性验证实验结果 该方法下共设计 4 种专属

性溶液:抗 TNF-α 单抗、抗 RANKL 单抗、基础培养液

(HUVEC-004B)、抗 VEGF 单抗,其中仅在抗 VEGF 单

抗溶液中呈现剂量关系的曲线,其他对照组 MAX/MIN ≈

1600

1500

1400

1300

1200

1100

1000

–3 –2 –1 0 1

lg C

抗体

(μg/ml)

1,没有任何与 VEGF 结合的活性(图 3)。

2.1.4 线性及重复性验证实验结果 按照以上优化的实验

方法,连续进行 6 次实验,实验结果见表 1,所有 6 次检

测的 r

97%,满足线性验证可接受标准。6 个重复实验

之间样品 EC

50

的 RSD < 25%。

2.1.5 准确性及中间精密度验证实验结果 3 人所做

6 次检测,相对生物活性的值均在 70% ~ 130% 之间,符

合准确性验证标准。6 次实验之间样品 EC

50

的 RSD <

25%(表 2)。

序号

r(%)

1

2

3

4

5

6

97.50

97.59

98.48

97.84

98.25

97.62

2

2

图 3 专属性验证实验曲线

表 1 线性及重复性实验

样品

EC

50

(μg/ml)

0.0794

0.1081

0.1119

0.1081

0.1074

0.1157

RSD(%)

12.37

r

(%)

98.62

97.48

98.14

97.21

97.29

98.71

2

标准品

EC

50

(μg/ml)

0.0877

0.0890

0.1010

0.0949

0.0982

0.0954

RSD(%)

5.47

表 2 准确性及中间精密度实验

序号

r(%)

第1天

第2天

第3天

1

2

1

2

1

2

98.45

97.86

98.65

98.82

98.18

97.61

2

样品

EC

50

(μg/ml)

0.0871

0.0952

0.0869

0.0923

0.1032

0.0965

RSD(%)

6.64

r(%)

97.55

97.01

98.95

97.97

97.83

97.98

2

标准品

EC

50

(μg/ml)

0.0903

0.0894

0.0887

0.0964

0.0894

0.0832

RSD(%)

4.70

相对生物活性

%

103.71

93.88

102.10

104.43

86.65

86.19

图 4 标准品动力学和亲和力拟合曲线

中国医药生物技术 2018年6月第13卷第3期 Chin Med Biotechnol, June 2018, Vol. 13, No. 3 279

2.2 基于表面等离子共振技术活性方法的开发

实验中,对配体以及分析物的浓度进行了摸索和优化,

使分析物流过芯片表面所产生的响应值在 50 RU 左右为

宜,最终确定配体浓度 0.5 μg/ml,分析物浓度 2.3 μg/ml 为

最佳实验条件。同时以此条件的多循环动力学曲线见图 4,

该实验结果的结合速率常数 Ka(1/Ms)值为 5.38E+05,

解离速率常数 Kd(1/s)值为 1.27E-04,亲和力 KD 值为

2.36E-10,最大响应值 Rmax(RU)值为 38.24。

2.3 贝伐珠单抗仿制药样品生物活性检测结果

以原研药作为标准品,取贝伐珠单抗生物仿制药研发阶

段的候选药样品,利用以上经过条件优化并且经过验证的基

于 HUVEC 增殖抑制法建立的活性检测方法,对其进行抗

VEGF 的活性检测,四参数拟合图结果见图 5,其中候选

药样品的 r

2

值为 97.74%,标准品 r

2

值为 97.93%,候选

药的相对生物活性为 98.47%。同时按照以上基于 SPR 技

术建立的活性检测方法对该候选药进行检测,得到其结合速

率常数 Ka(1/Ms)值为 8.46E+05,解离速率常数 Kd(1/s)

值为 1.61E-04,亲和力 KD 值为 1.90E-10,最大响应值

Rmax(RU)值为 66.91,动力学曲线见图 6。

1400

1200

1000

800

600

–4 –3 –2 –1 0 1

lg C

抗体

(μg/ml)

3 讨论

贝伐珠单抗已经被批准用于治疗转移性结直肠癌

[16]

乳腺癌

[17]

、肺癌

[18-19]

、多形性成胶质细胞瘤等

[20-22]

。2010 年

1 月贝伐珠单抗在国内获批上市。2015 年 7 月,肺癌适应

证正式在中国获批,用于晚期、转移性或复发性非鳞非小细

胞肺癌的一线治疗。肺癌已经成为我国乃至世界发病率和死

亡率最高的恶性肿瘤,其中非小细胞肺癌(non-small cell

lung cancer,NSCLC)是世界范围内最常见的恶性肿瘤,占

肺癌的 80% 以上,死亡率很高

[23]

。每年每位患者治疗费用

约 38 万元,昂贵的治疗费用无疑给普通家庭带来了极大的

经济负担。降低治疗成本,可以使患者更好地享受平等医疗

的权利。因此,贝伐珠单抗生物仿制药的研发工作具有极高

的社会价值及临床价值。随着一些国家和地区贝伐珠单抗生

物制品专利保护的相继到期,在国际上掀起贝伐珠单抗生物

类似药仿制的热潮。

生物仿制药的生物活性是评价药品质量安全的关键属

性之一,目前,抗体药生物活性测定方法主要有基于细胞的

生物活性测定法、基于新技术的生物活性测定法以及基于转

基因的细胞生物活性测定方法,其中基于细胞的生物活性测

定法因其高效、特异性高、可操作性强等优点,是目前应用

最广的一种抗体药的生物活性检测方法,但该方法受仿制药

自身的研发环境、统计学模型的选择、操作人员等方面的影

响,要建立一套稳定的、准确的生物活性检测方法,存在一

定的难度;基于新技术的生物活性测定法具有灵敏度高、方

法简便、选择性高等优点,是近几年应用非常广泛的新型检

测技术,但也因其仪器设备、试剂耗材价格昂贵,在实际的

应用中受到了一定的限制;基于转基因细胞的生物活性测定

方法具有简单、快速、灵敏等优点,近几年在一些生物仿制

药的研发中也经常被用到,但也因该方法构建转基因细胞株

困难,需要对其稳定性、信噪比等参数进行优化和评价,在

图 5 候选药抑制 HUVEC 细胞增殖曲线

图 6 候选药动力学和亲和力拟合曲线

280 中国医药生物技术 2018年6月第13卷第3期 Chin Med Biotechnol, June 2018, Vol. 13, No. 3

实际应用中也存在一定的困难。所以在实际研发工作中,在

充分了解产品的作用机制和属性的情况下,要基于新思路、

新技术开发出一套可靠的生物活性检测方法,以确保该产品

有效、质量可控。

本研究中贝伐珠单抗生物仿制药生物活性检测方法的

开发主要应用了基于细胞的生物活性检测方法(HUVEC 细

胞测定法)以及基于新技术(SPR 技术)的生物活性测定

方法,两种方法相结合增加了贝伐珠单抗生物仿制药的质量

可靠性。在 HUVEC 增殖抑制法实验中,采用反应性较好

的 HUVEC 细胞作为检测用细胞,最大程度地模拟了贝伐

珠单抗生物仿制药在体内抑制新生血管生成的过程,对

VEGF 的作用浓度、药品(仿制药样品及原研药)的浓度、

稀释倍数、稀释梯度等条件进行了优化,建立检测方法并进

行了方法学的验证,证明其特异性高、线性及重复性好、不

同实验之间的相对生物活性值高度一致,并运用该方法对贝

伐珠单抗生物仿制药研发阶段的样品进行了检测,检测结果

的相对生物活性值为 98.47%,在可接受的标准范围之内。

同时,在基于表面等离子共振技术建立的活性检测方法中,

通过前期的实验条件的摸索确定配体浓度 0.5 μg/ml,分析

物浓度 2.3 μg/ml 为最佳实验条件,并以此条件进行标准品

及候选药样品的 Biacore 检测,最后得到标准品及候选药

样品的亲和力 KD 值极为接近,动力学曲线几乎相同。为

了加快生物仿制药快速发展的步伐,更多快速、简便、准确

的生物活性检测方法需要在进一步的研究中摸索和建立。

此研究建立的两种贝伐珠单抗生物仿制药生物活性检

测方法高效、稳定、可靠性强,可作为该药研发以及药品稳

定性评价阶段的生物学活性检测方法。

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