Rinascita dei farmaci anticorpali

In questo nuovo mondo di pessimismo spesso sfrenato, vale la pena notare che nessuno ha mai garantito che potresti guadagnarti da vivere, figuriamoci uno buono, spingendo i limiti della tecnologia. Prendi Nils Lonberg, per esempio. Lonberg paragona la storia della sua azienda a quella della Bella Addormentata nel Bosco, ma la sua analogia non è precisa. La Bella Addormentata, dopotutto, ha avuto la fortuna di dormire durante il suo calvario. Lonberg e i suoi colleghi erano completamente svegli grazie al loro.

Lonberg aveva solo pochi anni dalla scuola di specializzazione nel 1989 quando ha firmato con GenPharm International, una società che sviluppa una classe di farmaci noti come versioni truccate di anticorpi monoclonali delle proteine ​​prodotte dal sistema immunitario per combattere le malattie. L'obiettivo era quello di ingegnerizzare geneticamente un topo con un sistema immunitario umano, uno che potesse essere utilizzato per generare anticorpi monoclonali completamente umani.

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2002

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Il suo tempismo non avrebbe potuto essere peggiore. Una serie di promettenti farmaci con anticorpi monoclonali per curare qualsiasi cosa, dal cancro alle infezioni gravi, stava per rivelarsi un fallimento di alto profilo. Uno di questi, un farmaco chiamato Centoxin, prodotto da Malvern, Centocor con sede in PA, si prevedeva che avrebbe guadagnato miliardi come trattamento per lo shock settico spesso fatale prima che la Food and Drug Administration statunitense rifiutasse di approvarne l'uso nel 1992. La decisione della FDA ha segnato l'apparente scomparsa degli anticorpi monoclonali e, almeno per un po', delle prospettive dell'intera industria biotech.

Il racconto, dice Lonberg, è che ci siamo accovacciati. La storia più lunga, come quella della Bella Addormentata, ha un lieto fine. Negli ultimi quattro anni, Medarex, con sede a Princeton, NJ, che ha acquistato GenPharm nel 1997, è sbocciata. Il business degli anticorpi monoclonali ora ha circa 300 dipendenti, un nuovissimo centro di ricerca a Milpitas, in California, e 60 ettari nel New Jersey, dove sta costruendo un enorme centro di sviluppo. Ha anche mezzo miliardo di dollari in contanti per sbarcare il lunario mentre sviluppa la sua tecnologia e i suoi farmaci. Stiamo arrivando, afferma Lonberg, che ora è vicepresidente senior e direttore scientifico di Medarex.

Lo stesso si può dire per gli anticorpi monoclonali in generale, che sono nel bel mezzo di un notevole risveglio. Le tecnologie per produrre anticorpi monoclonali sono finalmente diventate adulte e i farmaci stessi vengono propagandati ancora una volta come potenziali cure o trattamenti per l'intero spettro delle malattie umane.

Dal 1997, la FDA ha approvato 10 farmaci con anticorpi monoclonali, che costituiscono un quarto di tutti i farmaci biotecnologici sul mercato, con vendite combinate di oltre un miliardo di dollari l'anno. E forse più significativo, uno su cinque farmaci biotecnologici in fase di sviluppo è un anticorpo monoclonale. Anche il gigante delle biotecnologie Genentech, una società fondata a South San Francisco, in California, con l'obiettivo di produrre enzimi e farmaci ormonali, ora trova anticorpi monoclonali che riempiono metà della sua pipeline di sviluppo.

In effetti, la storia degli anticorpi monoclonali è più di una favola; è una lezione sui valori della perseveranza e della pazienza. Quando abbiamo iniziato con gli anticorpi monoclonali dieci anni fa, l'opinione prevalente nel campo delle biotecnologie era: 'Ci sono stato, l'ho fatto, non ha funzionato', afferma Paul Carter, un ricercatore di Immunex con sede a Seattle che ha contribuito a lanciare la ricerca sugli anticorpi monoclonali di Genentech nel 1990 Ora, tutti e il loro cane vogliono entrare negli anticorpi.

Invasori stranieri

Con il ritorno degli anticorpi monoclonali, nessuno sostiene più cure miracolose. Dopo essere passati attraverso il ciclo del Santo Graal alla parolaccia, afferma l'analista biotech di Lehman Brothers Rachel Leheny, gli anticorpi monoclonali sono diventati una tecnologia funzionante con una serie consolidata di punti di forza e di debolezza.

Gli anticorpi monoclonali sono progettati dal sistema immunitario per legarsi solo a specifiche molecole bersaglio, rendendoli molto più precisi dei tipici farmaci a piccole molecole, i composti relativamente semplici che sono stati la base dell'industria farmaceutica. E a differenza di altre terapie proteiche, che possono attivare o bloccare solo uno specifico processo biologico ciascuno, gli anticorpi monoclonali possono essere sviluppati per qualsiasi proteina bersaglio o tipo di cellula immaginabile. Questa combinazione di precisione e flessibilità integrate può significare uno sviluppo più rapido e una minore tossicità. Il rischio che un potenziale farmaco anticorpale fallisca negli studi clinici a causa di effetti collaterali indesiderati è considerevolmente inferiore rispetto a quello delle piccole molecole.

La probabilità di successo è molto più alta e il tempo necessario per svilupparli è molto più rapido, afferma Geoff Davis, direttore scientifico di Abgenix, una società di farmaci anticorpali con sede a Fremont, California. Considerando che le aziende farmaceutiche ora spendono in media 15 anni e 800 milioni di dollari per portare sul mercato un nuovo farmaco, risparmiare qualche anno nello sviluppo e ridurre il rischio di fallimento di un farmaco negli studi clinici può tradursi in un enorme profitto.

L'ultima spinta alla rinascita degli anticorpi monoclonali proviene dal sequenziamento del genoma umano e dalla fiorente industria della genomica. Improvvisamente, i ricercatori farmaceutici e biotecnologici sono inondati di geni, decine di migliaia di essi, molti dei quali potrebbero essere preziosi bersagli farmacologici. Il risultato è una mentalità da corsa all'oro, poiché i ricercatori corrono per stabilire quali di questi geni e le proteine ​​che li accompagnano sono i migliori bersagli per inibire i processi patologici. Qui gli anticorpi monoclonali, sotto forma di strumenti di laboratorio che si legheranno a proteine ​​specifiche e le metteranno fuori uso, rappresentano uno dei modi più rapidi per rispondere a queste domande. E una volta individuato un obiettivo praticabile, il basso rischio e il targeting preciso dei monoclonali possono renderli i farmaci più facili da commercializzare contro di esso. Sono andati dritti al punto, dice Carter di Immunex.

L'oggetto dell'inseguimento, gli anticorpi stessi, sono proteine ​​a forma di Y che costituiscono la prima linea di difesa del sistema immunitario. Si legheranno a tutto ciò che il sistema immunitario trova non familiare e quindi potenzialmente pericoloso, ad esempio un batterio o un virus, e quindi si tengono stretti, richiamando l'intera gamma delle forze del sistema immunitario per neutralizzare o distruggere il bersaglio (vedere Immunità mobilitante ) .

Nel corso della vita, il corpo umano genera circa 100 miliardi di anticorpi diversi. In ogni caso, la base della Y è praticamente identica; i bracci dell'Y differiscono da anticorpo ad anticorpo, fornendo così la vasta variabilità che massimizza la possibilità che il sistema immunitario individui quasi qualsiasi invasore immaginabile.

I ricercatori hanno a lungo immaginato di indurre anticorpi per curare o curare malattie che il sistema immunitario ignora, come il cancro, o che causano, come l'artrite reumatoide, il lupus e altre malattie autoimmuni. I biologi sanno da decenni che se immunizzi un topo con una cellula cancerosa umana, o anche con una singola proteina di tale cellula, il topo risponderà generando i propri anticorpi per combattere l'effetto off-in, un anticorpo antitumorale. Se inietti la stessa cellula cancerosa più e più volte, il tuo topo genererà anticorpi squisitamente specializzati per colpire le cellule tumorali che hai inserito.

Illustrazione di John MacNeill

Reazioni avverse

Fu nel 1975 che Csar Milstein e Georges Khler, immunologi presso il Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology di Cambridge, in Inghilterra, svilupparono una tecnologia per produrre in serie tali anticorpi e, nel processo, lanciarono un'industria. Khler e Milstein hanno fuso le cellule che producono anticorpi dai topi, note come linfociti B, con cellule tumorali che avrebbero mantenuto in vita quelle cellule B per sempre in un laboratorio.

Nel corpo, le cellule B immature risiedono nel midollo osseo e contengono un complemento completo dei segmenti genici che codificano per gli anticorpi. Quando le cellule maturano e migrano nel flusso sanguigno, i segmenti subiscono un riarrangiamento in modo che ogni cellula B matura produca un solo tipo di anticorpo, un anticorpo monoclonale (vedere Geni agli anticorpi ) . Ciascuna delle linee cellulari di Khler e Milstein emetterebbe una fornitura ininterrotta di un singolo anticorpo monoclonale, a seconda della cellula B da cui è sorta. Nel 1984, la loro scoperta fece guadagnare alla coppia una quota del Premio Nobel per la medicina, quando ormai c'erano circa un migliaio di aziende che cercavano di incassare la tecnologia. La maggior parte di loro fallirebbe.

Il problema era inerente alle fonti anticorpali disponibili all'epoca. Gli anticorpi potrebbero essere ottenuti immunizzando i topi, come con Raritan, Orthoclone di Ortho Biotech, progettato per combattere il rigetto del trapianto di organi e il primo farmaco anticorpale approvato dalla FDA. (Ortho Biotech è una sussidiaria di Johnson and Johnson dal 1990.) Oppure potrebbero essere raccolti direttamente dalle vittime umane di una particolare malattia, come con Centocor's Centoxin.

Il problema era che gli anticorpi di topo, beh, non sono umani. Il sistema immunitario umano li considera ancora estranei e fa del suo meglio per combatterli, una risposta nota come risposta anticorpale umana antitopo, che non solo distrugge gli anticorpi ma può portare a insufficienza renale e morte.

Quando Orthoclone è arrivato sul mercato nel 1986, l'industria farmaceutica ha improvvisamente capito quanto potesse essere negativa la risposta. Mentre la maggior parte dei destinatari stava bene (e, in effetti, Orthoclone è ancora in uso), alcuni pazienti hanno avuto reazioni gravi. Ecco un farmaco che è stato specificamente progettato per sopprimere il sistema immunitario e hai ancora una risposta forte, dice Lonberg.

Per quanto riguarda gli anticorpi raccolti direttamente da pazienti umani, semplicemente non si legano ai loro bersagli abbastanza strettamente da arginare la malattia, o almeno questo è stato il caso di Centoxin, e il motivo per cui i suoi studi clinici altamente pubblicizzati sono falliti.

Il fallimento di Centoxin, dice Lonberg, ha fatto sì che tutti, almeno a Wall Street e nelle big pharma, alzassero le mani per la disperazione con gli anticorpi e se ne andassero. Eli Lilly era un classico esempio. Lilly aveva acquistato Hybritech, la società originale di anticorpi monoclonali, nel 1986 per quasi 500 milioni di dollari. Dopo aver costruito Hybritech fino a 1.400 dipendenti, Lilly ha venduto l'azienda nel 1995, dopo Centoxin, solo per una frazione di quanto l'avesse pagata.

Illustrazione di John MacNeill

Ottenere sano

A quel punto, però, la salvezza era già in cammino. È arrivato sotto forma di anticorpi che erano notevolmente meno murini e sempre più umani nell'origine e nella funzione. I ricercatori avevano iniziato a sviluppare metodi per creare queste miscele a metà degli anni '80 e le tecnologie stavano appena iniziando a dare i loro frutti nel periodo in cui Lilly rinunciò a Hybritech. I primi a venire sono gli anticorpi chimerici, costruiti nel 1984 unendo il gene che genera la regione costante di un anticorpo umano, la base dell'Y, ai geni che generano le regioni variabili degli anticorpi di topo, i bracci esterni dell'Y. chimera è circa un terzo topo e due terzi umano. Si lega ancora saldamente al bersaglio per il quale è stato progettato, evitando la maggior parte della risposta anticorpale umana antitopo.

Successivamente al laboratorio di ricerca c'erano gli anticorpi umanizzati. Mentre i chimerici erano un terzo topo, gli anticorpi umanizzati erano meno di un decimo. Dal topo sono arrivate solo le punte delle braccia dell'anticorpo Y, proprio quella parte della regione variabile che si lega direttamente al suo bersaglio. Tutto il resto era umano. Ma c'era un problema: quando le punte di un anticorpo di topo venivano innestate geneticamente su una struttura umana, l'anticorpo spesso non era in grado di afferrare abbastanza saldamente il suo bersaglio.

Cary Queen, un matematico diventato biologo che allora lavorava al National Institutes of Health, ha creato un algoritmo per analizzare l'adattamento tra le punte del mouse e la struttura umana e quindi capire quali molecole nella struttura umana avrebbero dovuto essere regolate e di quanto , per lasciare la regione del mouse comodamente seduta sopra i bracci della Y e legarsi saldamente al suo bersaglio. Queen ha brevettato la tecnologia e ha co-fondato i Protein Design Labs di Fremont, California, nel 1986 per umanizzare gli anticorpi per la propria attività farmaceutica e per chiunque altro possa impiegare i suoi servizi.

Tra tecnologia chimerica e umanizzante, i farmaci anticorpali hanno iniziato a essere immessi sul mercato e il revival dell'industria è decollato. Nel 1994, la FDA ha approvato il primo farmaco anticorpo monoclonale dal 1986, il farmaco anticorpo chimerico di Centocor per inibire la coagulazione dopo un intervento chirurgico cardiovascolare. (Johnson e Johnson hanno acquisito Centocor nel 1999.) L'agenzia ha poi approvato altri tre farmaci con anticorpi monoclonali nel 1997, tra cui Idec Pharmaceuticals con sede a San Diego e il chimerico Rituxan di Genentech per il linfoma non Hodgkin.

L'Herceptin umanizzato di Rituxan e Genentech, approvato l'anno successivo per il cancro al seno, potrebbe da solo aver riportato il business degli anticorpi nella fase di boom, semplicemente perché erano terapie antitumorali e quindi soddisfacevano, almeno modestamente, un aspetto del clamore della metà degli anni '80. In ogni caso, nel 1998 seguì l'approvazione di altri cinque anticorpi monoclonali e da allora di altri quattro. Al momento, quasi 50 anticorpi umanizzati sono in fase di sperimentazione clinica, mirando all'intero spettro delle malattie umane, dalla psoriasi alle malattie cardiache e al cancro.

Cura delle capre

Ma questo è solo l'inizio, poiché gli anticorpi completamente umani stanno ora colpendo le condutture farmaceutiche. Ci sono due modi per sviluppare questi farmaci. Nella prima, i ricercatori rimuovono l'intero corredo di geni anticorpali dalle cellule B umane e li trapiantano in virus specifici per batteri noti come fagi. I virus generano prontamente gli anticorpi appropriati dai geni appena acquisiti e quindi visualizzano gli anticorpi sulle loro superfici: un anticorpo per fago.

Ora mettiamo tutti quei fagi in una provetta, spiega David Chiswell, cofondatore della Cambridge Antibody Technology a Cambridge, in Inghilterra. Ogni volta che vogliamo anticorpi per un particolare bersaglio, essenzialmente immergiamo il bersaglio nella provetta, che può essere considerata una libreria di anticorpi, e estraiamo solo quel sottoinsieme di 100 miliardi di anticorpi che si legano specificamente al bersaglio.

Il metodo numero due è il topo transgenico con un sistema immunitario umano: il sogno originale di Lonberg a Medarex, perseguito anche dal concorrente Abgenix. Metti una molecola bersaglio in un tale topo e otterrai un anticorpo umano, nessuna risposta anticorpale umana antitopo di cui preoccuparsi. Per realizzare i topi, i ricercatori hanno clonato i segmenti genici responsabili della generazione dei milioni di possibili anticorpi umani, li hanno inseriti tutti in cellule staminali embrionali di topo e hanno fatto crescere i topi fino alla maturità. È stata una sfida, afferma Davis di Abgenix, perché nessuno aveva mai messo così tanto DNA in un topo transgenico. Hanno anche dovuto inattivare i geni che hanno prodotto gli anticorpi di topo, cosa che hanno fatto in un altro gruppo di topi, e poi hanno unito le due linee.

Sebbene i topi transgenici siano l'ultima tecnologia di anticorpi sul mercato, è ancora una questione aperta se siano effettivamente migliori di qualsiasi altra tecnica per generare nuovi farmaci anticorpali. Tutte queste tecnologie probabilmente producono anticorpi che si comporteranno sostanzialmente in modo identico quando vengono utilizzate nelle persone, afferma Robert Kirkman, vicepresidente per lo sviluppo aziendale di Protein Design Labs. Come si ottiene il miglior anticorpo contro un determinato obiettivo è l'ultima domanda. E probabilmente non sarà sempre la stessa tecnologia.

Qualunque sia la tecnologia che alla fine governa il campo, è sicuro dire che gli anticorpi svolgeranno un ruolo enorme nella genomica e nell'industria biotecnologica. Se non altro, dice Lonberg, l'introduzione sul mercato di un farmaco con anticorpi monoclonali può fornire alle aziende farmaceutiche un modo per affrontare le malattie mentre passano gli anni extra necessari a cercare di sviluppare una piccola molecola che svolgerà lo stesso compito.

I produttori di farmaci stanno perseguendo questa strada separata perché gli anticorpi monoclonali hanno ancora due gravi inconvenienti rispetto ai farmaci a piccole molecole. Uno è che sono grandi proteine. Ciò significa che devono essere somministrati per via endovenosa piuttosto che sotto forma di pillola, in modo che non vengano masticati nel sistema digestivo, anche se i ricercatori sperano di risolvere presto il problema. (Il rovescio della medaglia è che durano considerevolmente più a lungo nel corpo umano, il che significa che possono essere somministrati forse una volta al mese anziché una volta al giorno.) E il secondo è che sono costosi da produrre.

Nessuno dei metodi utilizzati per generare anticorpi chimerici, umanizzati o completamente umani può produrre anticorpi in quantità commerciali. Al momento, le aziende stanno producendo farmaci anticorpali inserendo prima il gene per un anticorpo specifico in cellule prelevate da ovaie di criceto e poi coltivando le cellule a migliaia di miliardi in enormi tini, attraverso un processo di fermentazione non dissimile da quello usato per fare la birra.

Le cellule in ciascuna vasca secernono quindi un singolo tipo di anticorpo che può essere raccolto dal fluido circostante ogni pochi mesi. Il processo è costoso, tuttavia, quindi i ricercatori hanno cercato soluzioni biotecnologiche drammatiche per svolgere lo stesso compito. In particolare, stanno creando frutta e verdura geneticamente modificate, ad esempio mais, erba medica o banane, caricate con gli anticorpi desiderati, o persino animali transgenici per fungere da fabbriche viventi di anticorpi monoclonali.

Da qualche parte nel Massachusetts centrale c'è un impianto di produzione di biofarmaci costruito da Genzyme Transgenics. Anche se alla società non piace dire esattamente dove si trova, dice che assomiglia molto a qualsiasi altra fattoria, ad eccezione delle circa 2.000 capre residenti che sono state geneticamente modificate con geni umani per esprimere anticorpi monoclonali o altre grandi proteine droghe nel loro latte.

Secondo Jack Green, direttore finanziario di Genzyme Transgenics, poche capre produttrici di monoclonali che allattano per un anno possono eguagliare la produttività di un'intera vasca di fermentazione di cellule di criceto. E le capre hanno il vantaggio intrinseco che se un farmaco ha improvvisamente un mercato più grande del previsto, non devi finanziare un'intera nuova vasca al costo di poche centinaia di milioni di dollari: allevi solo più capre. Il tempo di generazione di una nuova capra è di sette mesi alla maturità sessuale, dice Green, quindi in un anno puoi ottenere tutte le capre e qualunque scala di produzione desideri.

Dopo un quarto di secolo di lotta, gli anticorpi monoclonali sono sopravvissuti fino a diventare una tecnologia matura ed entusiasmante. E gli scettici se ne sono andati da tempo. La domanda ora è quanta parte della medicina del 21° secolo sarà dominata da queste straordinarie molecole. All'improvviso tutto questo sembra reale, dice Lonberg.

Gli anticorpi monoclonali non sono più la fantasia di qualcuno.

Anticorpi sull'attacco

Società Farmaco/malattia bersaglio Palcoscenico Ortho Biotech (Raritan, New Jersey) ortoclone /Rifiuto del trapianto di cuore, fegato e rene Approvato nel giugno 1986 Centocor (Malvern, Pennsylvania)/
Eli Lilly (Indianapolis, IN) ReoPro /Coagulazione post-chirurgica cardiovascolare Approvato dicembre 1994 Genentech (San Francisco sud, CA) /
Idec Pharmaceuticals (San Diego, California) Rituxan /Linfoma non Hodgkin Approvato novembre 1997 Centocor Remicade /Morbo di Crohn, artrite reumatoide Approvato nell'agosto 1998 Genentech Herceptin /Cancro al seno metastatico Approvato settembre 1998 Millennium Pharmaceuticals (Cambridge, MA) Campath /Leucemia linfocitica cronica
Campath /Sclerosi multipla Approvato maggio 2001
Studi clinici di fase II Sistemi ImClone (New York, New York) Erbitux /Vari tumori clinici di Fase II e III Abgenix (Fremont, California) ABX-CBL /Rifiuto del trapianto Studi clinici di Fase II/III Tanox (Houston, Texas) AD-439 /HIV, AIDS studi clinici di fase II GlaxoSmithKline (Middlesex, Regno Unito) SB-240563 /Asma, allergia Studi clinici di Fase II Medarex (Princeton, New Jersey) MDX-010 /Melanoma maligno, cancro alla prostata Studi clinici di Fase I Biotrapianto (Charlestown, MA) AlloMune /Linfoma non Hodgkin, studi clinici di Fase I sulla malattia di Hodgkin

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