ADC-spaltbarer Linker: Klassifizierung und Wirkungsmechanismus

Nov 29, 2023

ADC ist ein monoklonaler Antikörper, der über einen Linker kovalent an zytotoxische chemische Substanzen (Nutzlast) gebunden ist. Der ADC-Linker spielt eine Schlüsselrolle bei der therapeutischen Wirkung von ADC und seine Eigenschaften haben großen Einfluss auf den therapeutischen Index, die Pharmakodynamik und die Pharmakokinetik von ADC. Beispielsweise bestimmt die Verknüpfung zwischen Linker-mAb das Arzneimittel-Antikörper-Verhältnis (DAR), das die Homogenität und Stabilität von ADC bestimmt. Um die Selektivität und Wirksamkeit von ADC sicherzustellen, sollte der Linker drei Hauptmerkmale anstreben:

(1) Hohe Zyklenstabilität: Die Nutzlast wird nicht freigegeben, bevor sie das Ziel erreicht, wodurch die Auswirkungen außerhalb des Ziels minimiert werden.

(2) Hohe Wasserlöslichkeit: Hilft bei der Kopplung und verhindert die Bildung inaktiver ADC-Aggregate.

(3) Effiziente Freisetzung: Ermöglicht die effiziente Freisetzung hochzytotoxischer Linker-Nutzlast-Metaboliten.

Spaltbarer und nicht spaltbarer Linker

ADC-Linker können in spaltbare Linker und nicht spaltbare Linker unterteilt werden. Wenn der nicht spaltbare Linker das Lysosom erreicht, wird der mAb mechanistisch durch den proteolytischen Mechanismus metabolisiert und die Nutzlast, der Linker und die Aminosäureanhänge werden freigesetzt. Durch erhebliche Änderungen an der Nutzlast können auch wirksame ADCs wie Kadcyla® entstehen, wenn das Schlüsselpharmakophor der Nutzlast nicht beeinträchtigt wird. Allerdings sind nicht spaltbare Linker oft nicht in der Lage, Bystander-Effekte auszuüben, da geladene Aminosäureanhängsel keine Zellpermeabilität aufweisen. Daher ist der Anwendungsbereich von ADCs mit nicht spaltbaren Linkern begrenzt und sie werden hauptsächlich zur Behandlung von hämatologischen Krebsarten oder Tumoren mit hoher Antigenexpression eingesetzt.

Im Vergleich zu nicht spaltbaren Linkern nutzen spaltbare Linker spezifische Bedingungen, um Medikamente an Zielzellen freizusetzen. Spaltbare Linker können weiter unterteilt werden in chemisch spaltbare Linker oder enzymatisch spaltbare Linker. Obwohl sie ein breiteres Anwendungsspektrum haben als nicht spaltbare Linker, sind spaltbare Linker im Blutkreislauf instabiler. Die Leistung spaltbarer Linker hängt daher von ihrer Fähigkeit ab, effektiv zwischen den Bedingungen der Zielzelle und den Bedingungen der Blutzirkulation zu unterscheiden.

Chemisch spaltbarer Linker

Es gibt drei Haupttypen von chemisch induzierten spaltbaren Linkern: durch Säure spaltbare, unter reduzierenden Bedingungen (Disulfid usw.) spaltbare Linker und Linker, die durch exogene Reize gespalten werden können.

Durch Säure spaltbare Linker sollen den Säuregehalt von Endosomen (pH 5,5–6,2) und Lysosomen (pH 4,5–5,0) nutzen und gleichzeitig die Zirkulationsstabilität unter physiologischen Bedingungen bei pH 7,4 aufrechterhalten. Den frühesten klinischen Erfolg erzielte diese Strategie mit Mylotarg® (AcBut Linker) von Pfizer. Obwohl auch reduzierbare Disulfide eingesetzt werden, enthält der Linker eine säureempfindliche N-Acylhydrazon-Bindung. Daher wird Mylotarg® unter Säurekatalyse in Keton und Hydrazid-Nutzlast hydrolysiert. Darüber hinaus testeten die Forscher während der Entwicklung von Mylotarg® auch die Stabilität einer Reihe von Hydrazon-haltigen Linkern bei pH 4,5 und pH 7,4 sowie deren In-vitro- und In-vivo-Stabilität in Mäusen als Teil von ADC. Studien haben gezeigt, dass Linker, der bei pH 7,4 stabil und bei pH 4,5 instabil ist, das wirksamste ADC liefert. Diese Art von Linker-Nutzlast wird auch bei Besponsa® angewendet.

Neben der oben erwähnten Hydrazonbindung ist der von Trodelvy® verwendete Carbonatlinker auch eine Art Säurespaltungslinker. Obwohl Esterbindungen im Blutkreislauf theoretisch stabiler sind als Carbonate, zeigen experimentelle Ergebnisse, dass aus ersteren hergestellte ADCs im menschlichen Serum weniger stabil sind. Die Serumstabilität des ADC wurde durch die Einführung eines p-Aminobenzyl-Spacers (PABC) deutlich verbessert (t1/2 = 36 Stunden), der eine gewisse Selektivität für das saure lysosomale Kompartiment zeigte, mit t1/2 bei pH 5,2 für 10 Stunden.

Trotz des klinischen Erfolgs von Mylotarg®, Besponsa® und Trodelvy® sind säurespaltbare Linker für die meisten ADC-Ligationstechniken keine Option mehr. Die Anforderung von Linker, strikt zwischen pH-5- und pH-7,4-Umgebungen zu unterscheiden, ist sehr schwierig. Obwohl in einigen Fällen eine langsame Freisetzung der Nutzlast zu vorteilhaften Ergebnissen führen kann, ist diese Methode normalerweise nur in der Lage, Nutzlast mit mäßiger Zytotoxizität zu übernehmen, und die von ADC bevorzugte hochtoxische Nutzlast erfordert jetzt einen stabileren Linker.

Für die Freisetzung der Nutzlast in Mylotarg® und Besponsa® muss nicht nur die säureempfindliche Hydrazonbindung eine Rolle spielen, sondern auch die Disulfidbindung im Linker. Der Disulfidbindungslinker ist bei physiologischem pH-Wert stabil, ist jedoch anfällig für einen nukleophilen Angriff durch Thiole. Im Plasma ist die wichtigste Thiolspezies die reduzierte Form von menschlichem Serumalbumin (HSA, ~422 μM), ihre Reaktivität mit Makromolekülen wird jedoch durch die begrenzte Exposition gegenüber Lösungsmitteln, die freie Thiolreste enthalten, behindert. Im Gegensatz zur begrenzten Reduktionskapazität des Plasmas enthält das Zytoplasma hohe Mengen an Glutathion (GSH, 1–10 mM); Die Reduktionsbedingungen von Plasma und Zytoplasma bieten ADC die Möglichkeit, die wirksame Ladung selektiv freizusetzen. Darüber hinaus führt tumorassoziierter oxidativer Stress im Vergleich zu normalem Gewebe typischerweise zu erhöhten Glutathionspiegeln, was die Selektivität von Krebszellen erhöht. Derzeit umfasst die Nutzlast von Linkern, die die Hydrolyse von Disulfidbindungen beinhalten, hauptsächlich die effektive Ladung von Maytansinoiden (DM1, DM3, DM4) und Disulfidbindungscarbamat.

Obwohl die Verwendung endogener ADC-Linker-Spaltung die einfachste Methode zur Arzneimittelfreisetzung ist, kann die Freisetzung der Nutzlast durch externe Reize die folgenden Vorteile haben: (1) Vermeidung des Unterschieds in der Linker-Spaltungsrate aufgrund biologischer Unterschiede zwischen Patienten und (2) ) ADCs können auch funktionieren, wenn die endogene Spaltung nicht ausreicht, um die Nutzlast effektiv freizusetzen. Akalux®, das in Japan eingeführt wurde, verwendet einen im nahen Infrarotlicht empfindlichen Linker als Spaltungsmethode. Nach der Bestrahlung mit 690-nm-Rotlicht wird das giftige IRDye700 freigesetzt, das eine therapeutische Rolle spielt und zur Nahinfrarot-Photoimmuntherapie gehört. Darüber hinaus gibt es derzeit weitere Studien zur durch Metallionen (Pt, Pd, Fe, Lu) katalysierten Spaltung sowie zu UV/Vis- und NIR-lichtempfindlichen Linkern.

Enzymvermittelter spaltbarer Linker

Gemäß dem traditionellen Wirkungsmechanismus von ADC kann der enzymspaltbare Linker innerhalb der Zelle selektiv gespalten werden, indem ADC zum Lysosom transportiert wird, das eine hohe Konzentration bestimmter hydrolytischer Enzyme enthält. Die derzeit erfolgreichste Methode ist die Verwendung von Cathepsin-B-spaltbaren Linkern. Der durch Cathepsin B gebrochene Peptidlinker wird von den kommerziell erhältlichen Medikamenten Adcetris®, Polivy®, Padcev®, Tivdak®, Aididixi®, Lumoxiti®, Zynlonta® und Enhertu® verwendet. Unter ihnen wurde p-Aminobenzylcarbamat (PABC) als selbstabbauender Spacer verwendet, der nach der Proteolyse spontan eine 1,6-Eliminierung durchläuft und dabei Nutzlast, CO2 und Azachinonmethid freisetzt. PABC hält die Enzymaktivität unabhängig von der Nutzlast aufrecht, was den Anwendungsbereich des Peptidlinkers erweitert. Alle diese Linkerkombinationen sind in isoliertem menschlichem Plasma stabil. Neben dem spaltbaren Cathepsin B-Linker werden auch der spaltbare Phosphatase-Linker, der spaltbare Sulfatase-Linker, der β-Galactosidase-spaltbare Linker, der β-Glucosidase-spaltbare Linker und der spaltbare Nitroreduktase-Linker häufig bei der Konstruktion von ADCs verwendet.

Andere spaltbare Linker

Basierend auf den Eigenschaften der bioorthogonalen Chemie, die normale biologische Prozesse nicht beeinträchtigt, hohe Selektivität, schnelle und einfache Verarbeitung und ungiftige Nebenprodukte, können bioorthogonale Spaltungspaare auch als Linker-Spaltungsauslöser verwendet werden. Darüber hinaus können IEDDA-Reaktionen auch zur Nutzlastfreigabe genutzt werden. Diese von Tagworks Pharmaceuticals eingeführte Methode verwendet trans-Cycloocten (TCO) als spaltbaren Linker, um eine Klickreaktion mit einem Tetrazin-Aktivator durchzuführen und so ein 4,5-Dihydropyridazin-Zwischenprodukt zu erzeugen, das dann in 2,5- und 1,4 umgewandelt wird -Tautomere, von denen nur die letzteren nachfolgende Elektronenkaskadenreaktionen eingehen können, wodurch unterschiedliche Ladungen freigesetzt werden. Die IEDDA- und Tautomerisierungsschritte werden durch Substituenten an der Tetrazineinheit beeinflusst und zeigen durch die Kombination zweier funktioneller Gruppen mit entgegengesetzten elektronenziehenden und elektronenabstoßenden Eigenschaften bessere Arzneimittelfreisetzungseigenschaften.

Abschließend

Ein guter Linker ist ein entscheidender Garant für die Sicherheit und Effizienz von ADC. Trotz der Verbreitung nicht spaltbarer Linker bevorzugen die meisten ADC-Medikamente spaltbare Linker aufgrund der Zytotoxizität freier Nutzlasten und der Bedeutung von Bystander-Effekten. Säurespaltbare Linker waren zunächst vielversprechend, aber die strengen Stabilitätsanforderungen für hochtoxische Nutzlasten schmälerten ihren Nutzen. Im Gegensatz dazu nutzt die überwiegende Mehrheit der ADCs derzeit die Peptidtechnologie, da sie die Blutzirkulation und die Bedingungen der Zielzelle effektiv unterscheiden können. Dieser Aspekt muss jedoch noch weiterentwickelt werden, um Schlüsselprobleme wie Löslichkeit und Plasmastabilität besser anzugehen. Darüber hinaus erhöht die Anwendbarkeit der extrazellulären Spaltung auf nicht internalisierende ADCs, wodurch die Notwendigkeit einer Antigen-Internalisierung entfällt, die Anzahl möglicher Antigenziele erheblich, was die Tür zu vielen neuen ADC-Therapien öffnen könnte.

Verweise