사수님 논문을 공부해보았습니다.
번역기 도움 없이 쭉 읽어보았어요!!!
Pro-infliximab maintained normal pharmacokinetics and biodistribution, 전까지 정리했고 중간고사 이슈로 아직 공부중입니다...
먼저 알고 갈 내용
Thesis : ApoF(비천연 아미노산)를 이용한 광학적 제어와 MMP(기질 금속 단백질 분해 효소)를 이용한 종양 타겟팅
- MMP (Matrix Metalloproteinase): TME나 염증 부위에 많이 존재하는 Endopeptidase(이온 함유) 계열의 프로테아제(단백질 분해 효소). ECM의 단백질 성분을 분해합니다. 암 연구 및 항체 치료제 설계에서 항체의 활성을 막는 '마스크'를 끊어주는 트리거(Trigger) 역할을 합니다.
- TME (Tumor Micro-Environment) : 암세포를 둘러싸고 있는 주변의 모든 생태계적 환경을 의미. 암세포는 자신에게 유리하게 이 환경을 조작하기 때문에 이 TME의 특수성은 최근 항체 치료제 설계의 Target이 됩니다.
- ApoF (비천연 아미노산) : 360nm 파장의 빛을 받으면 구조가 바뀌는 특성을 가집니다. 빛이 있을 때는 절단되지 않고, 빛이 없을 때만 MMP에 의해 절단되도록 설계하여 광학적 제어를 더합니다! (일종의 스위치 같은) 논문에서도 MMP-2/9를 이용해 마스크를 제거하는 Probody 플랫폼이나 SAFEbody에 대해 자세히 설명하고 있습니다.
- Masking 전략 : 항체의 CDR(상보성 결정 지역) 부위를 마스크(Mask)로 덮어 평소에는 항원이 붙지 못하게 함.
- Linker : 마스크와 항체를 연결하는 부위. 특정 효소(MMP 등)에만 잘리도록 설계된 약 10개 정도의 아미노산 서열로 구성됩니다.
- ADC (Antibody-Drug Conjugate) : 항체에 독성 약물(Payload)을 결합한 형태. 일반적인 항암제보다 수백~수천 배 강력한 독성을 가진 약물이기 때문에 정밀 타격할 암세포를 찾아가면, 트리거를 받은 항체가 switch on 되어 payload를 선택적으로 방출해 그 암세포를 죽이는 시스템. 암세포에만 선택적으로 약물을 전달하여 전신 독성을 줄이고 치료 효과를 높입니다.
- Fc Region : 항체가 암세포에 더 잘 붙어 있게 하거나 약물을 달아서 사용할 때 중요한 역할을 하는 부위.
- Conditionally Activatable Antibody : CAAb로 줄여서 말할게요.
- Monoclonal Ab : MAb로 줄일게요.
- Payload는 원래 미사일이나 항공기가 운반하는 유효 하중(폭탄, 화물)의 뜻이지만, 단독으로 혈관에 넣으면 너무 위험해서 항체에 매달아 모내는 치료용 약물(세포독성 항암제) 그 자체를 말합니다.
- Paratope: Ab에서 Ag과 직접 결합하는 부위를 의미. CDR이 이 파라토프를 형성하는 핵심 요소. Ab-binding site = Paratope = CDR로 통일할게요.
- ooclude : 통로를 막다, 차단하다
1. Abstract
이 논문은 CAAb 기술과 이를 이용한 치료 응용 기술을 리뷰합니다. CAAb는 일단 세 가지로 나뉘어요.
- 효소자극 감응형 : Masking으로 Disease-specific triger에 의해 제거될 때까지 Target recognition을 막다가 tumor microenvironments (TMEs)에서만 CDR를 unveil하는 애들
- 물리자극 감응형 : photoswitchable and chemogenetic binders. Ab가 paratope에 접근 못하게 구조적으로 막다가 external stimuli 에 의해 Structural Rearrangement 등으로 CDR를 unveil하는 애들.
- logic-gated bispecifics : dual input이 있어야 CDR를 unveil하는 애들
CAAb를 먼저 공부하고, 치료 활성을 정하는 linker chemistry, trigger specificity, PK consideration과 요즘 뜨는 multi-input 활성 시스템, target selectivity랑 치료 적용성을 높이는 bispecific Ab & immune cell engager 까지 본대요.
2. Introduction
암생, 면역 분야에서 MAb는 엄청 도움됐지만 여전히 on-target toxicity 문제가 있대요. 제가 알기로 Humira도 MAb인데 흥미롭네요. 그래서 CAD(conditionally active biologics) 분야의 CAAb는 차세대 항체 치료제로써 specific trigger(tumor-associated protease, acidic pH, redox environment, light, or small molecule)가 없을 땐 inert 상태로 있다가 desired location에서 trigger를 만나면 switched on됌으로써 그 한계점을 보완하고 tumor selectivity & therapeutic window(=index) 를 향상한대요.
Therapeutic Window (=Therapeutic Index) :
약물이 효과를 나타내는 농도와 독성을 나타내는 농도 사이의 범위 !
그래서 이걸 향상한다는 건 약이 효과를 내는 투여량과 독성을 일으키는 투여량 사이의 간격을 벌려 안전성을 확보한다는 뜻이에요.
즉, MAb는 암세포뿐만 아니라 정상 세포에도 결합(On-target, Off-tumor)하기 때문에, 암을 죽이려고 용량을 높이면 정상 조직까지 공격받아 심각한 부작용이 생깁니다. 하지만 조건부 활성 항체는 정상 조직에서는 '가면(Mask)'을 쓰고 있어 반응하지 않으므로, 독성 발생 지점(Toxic dose, TD)은 뒤로 밀리고 치료 효과 지점(Effective dose, ED)은 유지되어 그 사이의 안전 지대가 넓어지는 것이죠!
요 애들이 요즘 암생, 면역에 novel 치료/진단 방법에 적용되고 있다네요.
오!! 갑자기 엄청난 table이 나와서 놀랐지만 그냥 CAAb들을 정리한 표네요. 차례대로 platform(?), trigger, target, clinical stage(미국 기준인가? 난 영국 기준밖에 몰라서...), advantage/limitation이네요.
설명글을 읽어보면, protease-sensitive한 pro-antibodies가 좀 눈에 띠고요. Platform은 activatable drug delivery vehicles래요. 가령, Ab–drug conjugates (ADCs) with stimuli-responsive linkers, smart liposomes, hydrogels, and click-activated nanocarriers를 말하는 거 같아요. 큐를 받으면 payloads(?)를 release한대요.
Conditonal Immunotherapy 분야에서는
switchable immune checkpoint inhibitors (ICIs)
chimeric antigen receptor T cells (CAR-Ts) with controllable “ON/OFF” switches,
natural killer (NK) cell derivatives 를 사용한대요. (오 카티는 나도 들어본거야)
2. Antibody‑Based Strategies
- Protease‑Sensitive Masked Antibodies
사진의 오른쪽 위 파트인데요. protease를 트리거로 사용하는 방법입니다. 먼저 링커를 이용해서 Ab의 CDR에 Masking Peptide를 붙이고, 얘네는 tumor-specific proteases에 의해서만 cleavage되게 해서 TME에서만 활성을 갖게 되는 원리입니다. 이 경우 단순히 N-terminal masking 하는 것보다 CDR-centric residues에 마스킹하는게 더 정밀한 컨트롤로 other antibodies and proteases에 적용될 수 있다고 하네요.
1. Affinity peptide-based Ab locks : Ag 유래 펩타이드나 합성 펩타이드와 Ab의 binding affinity를 이용하는 애들.
ex. CytomX의 Probody : Ag의 일부인 EGFR domain III를 마스킹 펩타이드로 사용해 CDR을 이 펩타이드로 가려두었다가, TME에 풍부한 MMP-9 효소가 링커를 끊을 때만 활성화되도록 설계. 이 마스킹 펩타이드는 Ab Light chain의 N-터미널에 유전적으로 fused되어 있음. Off-target toxicity를 현저히 줄임!! uPA(유방암, 폐암, 대장암 등 다양한 고형암에서 과발현)나 Matriptase(유방암과 같은 상피 유래 암에서 과발현) 같은 MMP 외에도 암 종류에 따라 가지는 고유한 TME protease들을 이용한 사례도 있음.
2. Spatial hindrance-based Ab locks : peptide, protein domain, polymer를 steric barrier 경쟁으로 work하는 애들.
ex. Oller-Salvia : CDR 근처에 structural modeling으로 인위적으로 cysteine을 달아서 small polymer mask(PEG나 peptide)를 붙임. 얘네가 5–10 kDa in size라서 Ag affinity를 20배나 줄였대요. MMP-2/9 or ultraviolet [UV] light에서만 마스크가 잘린대요.
ex. Tao : CDR 내부 Tyr49에 cysteine을 달아서 5-kDa의 PEG-based peptide mask를 palladium-mediated S-arylation chemical reaction 방식으로 붙임. “OFF” state에서는 PEG mask가 CTLA-4 binding을 막으나 tumor에서는 matriptase(certain cancers에서 upregulated되는 protease)에 의해 mask가 제거되고, core tyrosine analog hydroxyphenyl cysteine (HPC) 이 노출돼서 full binding되고 and immune checkpoint blockade activity가 된다.
*** Ipilimumab (이필리무맙): CTLA-4(Cytotoxic T-lymphocyte Associated Protein 4: T세포(면역세포) 표면에 있는 단백질로, 면역 반응이 너무 과도해지지 않게 브레이크를 거는 역할)를 표적으로 하는 항체 치료제. 암세포는 살아남기 위해 T세포의 CTLA-4를 자극해 면역 세포가 자신을 공격하지 못하게 '브레이크'를 거는데, 이필리무맙이 이 CTLA-4에 먼저 결합하여 암세포의 방해를 차단하면, T세포가 다시 활성화되어 암세포를 공격하기 시작함. 이 약물은 매우 강력하지만 전신적인 면역 활성화로 인한 부작용(Autoimmune side effects)이 심할 수 있다는 단점이 있음. 그래서 Tao에서 이필리무맙의 CDR 부위에 PEG 마스크를 씌워 평소에는 'OFF' 상태로 두었다가, 종양 내 Matriptase 효소에 의해 마스크가 제거될 때만 'ON'이 되도록 설계함!
ex. Levengood : heterodimeric coiled-coil masking domains을 rituximab과 trastuzumab 등의 N-termini에 붙여서 수백배 항원결합력을 줄임. 새로운 항체를 개발할 때마다 Ab-specific design 과 optimization processes가 필요한 Probody는 시간과 비용이 많이 들어 확장성(scalability)이 떨어짐. 반면 하나의 공통된 마스킹 도메인을 여러 종류의 항체에 그대로 가져다 쓸 수 있는 heterodimeric coiled-coil domains & Hinge-based steric masking 은 versatility가 좋음.
ex. Cheng : infliximab의 N-termini에 MMP-2/9 cleavage sequence와 연결된 autologous hinge-based spatial hindrance domain을 fuse함. 얜 antigen binding을 395배 줄이고 anti-idiotypic antibody binding은 108배 줄이면서도 protease cleavage는 TNFα-neutralizing activity를 restore해서 systemic immunosuppression을 예방했대요.
- Photocaged and Chemically Switchable Antibodies
- pH/Ion/Adenosine Triphosphate (ATP) Activation Systems
- Multivalent, Logic‑Gated, or Bispecific Formats
3. Nanobody and Scaffold
- Photoreactive Nanobody Systems
- Chemically and Chemogenetically Switchable Nanobody Systems
- Non‑immunogloblin G Scaffolds
4. Drug delivery platforms
- Activatable Antibody–Payload Conjugates: Drugs, Photosensitizers, and Beyond
- Stimuli‑Responsive Liposomes and Hydrogels
- Self‑immolative and Click‑Activated Nanocarriers
5 Conditional Immunotherapy
- Activatable Immune Checkpoint Blockade
- Switchable Chimeric Antigen Receptor T (CAR‑T) Cell and Natural Killer (NK) Cell Engagers
6. Imaging and Theranostics
7. Current Clinical Status of Conditionally Activated Antibody Therapeutics
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