現在、市販薬の開発経験に加え、in vitro および in vivo の非臨床研究方法が数多く存在します。しかし、最適化された非臨床試験を通じて臨床効果と安全性を予測することは依然として困難であり、この記事ではこの問題について詳細な分析を行います。
理想的な ADC には、少なくとも次の 3 つの特性が必要です。
1. 標的結合能力: 理想的な ADC 標的抗原は、腫瘍の表面にのみ高レベルで発現し、容易に脱落しません。
2. 変換プロセス: 標的細胞に到達する前に、細胞毒性分子は理想的には ADC から剥がれ落ちず、ADC 全体が細胞内に取り込まれる必要があります。
3. 毒素小分子の放出：小分子は腫瘍細胞内で急速かつ大量に放出され、腫瘍細胞を効率的に殺すために高い毒性を備えている必要があります。
ADCの薬理学的評価戦略
薬理作用研究は通常、新薬の発見または前臨床評価段階で実施されます。実行する必要がある主な実験プロジェクトには、標的結合活性、抗体媒介内部化、in vivo および in vitro 腫瘍増殖阻害 (抗腫瘍 ADC の場合)、抗体依存性細胞傷害 (ADCC)、補体依存性細胞傷害 (CDC) などがあります。
動物における ADC の薬力学を検討する場合、まず種差を考慮する必要があります。ADC がマウスで抗原との結合活性を持たないか、結合活性が低い場合は、薬力学実験にトランスジェニック動物を使用するか、動物由来の抗体を使用して in vivo 薬力学研究を行うことを検討する必要があります。トランスジェニック動物は代替抗体の使用を避けることができ、標的抗原が宿主の血管または間質で発現している場合、トランスジェニック動物は薬力学効果を評価できるだけでなく、ある程度の毒性反応を観察することもできます。標的抗原がヒトの腫瘍細胞でのみ発現している場合は、トランスジェニック動物は必要なく、薬力学効果はヒトの腫瘍細胞を移植したヌードマウスモデルで検討できます。 細胞レベルまたは動物モデルレベルで薬力学研究を実施する場合、PK/PD 研究を同時に実施し、薬物標的分布、受容体占有率、薬物曝露と効果の関係を分析すると、臨床投与レジメンの設計や安全性研究結果の分析に役立ちます。
ADC の毒性評価戦略
動物種の選択: ADC の臨床開発をサポートするために非臨床安全性試験で ADC の毒性特性を完全に明らかにするには、動物試験種の関連性と非臨床試験結果の翻訳可能性を評価することが重要です。この決定には通常、非臨床種とヒトを比較して ADC の標的抗原への結合親和性をチェックすること、および組織交差反応性試験で免疫組織化学染色スペクトルを比較することが含まれます。抗体のエフェクター機能または免疫原性も種の違いによって異なる場合があります。
曝露パラメータと代謝: さらに、他の薬物や生物学的製剤と同様に、非臨床試験の結果をヒトに外挿する場合は、曝露パラメータと代謝の比較も含める必要があります。たとえば、BR-96 は、6- マレイミドヘキサン酸ヒドラジドリンカーを介してドキソルビシン (DOX) をヒト化 BR96 モノクローナル抗体のシステイン残基に共有結合させることで形成される ADC です。毒性試験では、ラットやサルとは異なり、イヌは BR-96 の毒性作用に対してより敏感であり、出血性腸炎が用量制限毒性であることが示されています。驚くべきことに、BR96-DOX と未修飾モノクローナル抗体 BR96 は同じ用量制限毒性を示しており、毒性はモノクローナル抗体によって生成されることを示しています。未修飾 DOX とは異なり、ADC はラットモデルで心筋症を引き起こしませんでした。 したがって、ヒトを対象とするBR96-Doxの第I相臨床試験の用量選択は、犬の毒性試験結果に基づいて行われました。
抗体標的発現: 治療用モノクローナル抗体と同様に、ADC の非臨床評価は、動物試験種における抗原標的の欠如によって妨げられる可能性があります。バイオテクノロジー由来医薬品の前臨床安全性評価に関する ICH S6 (R1) ガイドライン (2011) には、「新規毒素/毒素を含む抗体薬物/毒素複合体 (ADC) の種の選択は、未改変抗体の場合と同じ一般原則に従う必要があります。モノクローナル抗体の試験に適した動物種は、必要なエピトープを発現し、ヒト組織と同様の組織交差反応スペクトルを示す種です。したがって、種と疾患の特異性によって、非臨床評価が決定または制限される可能性があります。」と記載されています。
標的抗原の正常組織での発現は、ADC 療法の安全性に関する大きな懸念事項です。理想的には、標的抗原は正常細胞で非常に低いレベルで発現する必要がありますが、上記の 2 つの例で述べたように、抗体は実際には常に特異的であるとは限りません。ADC 標的に対する特異性の欠如に関連するその他の潜在的な毒性の例には、ナトリウム依存性リン酸トランスポーターである NaPi2b があります。これは、いくつかの腫瘍タイプで発現しますが、正常組織でも検出可能であり、無機リン酸恒常性に役割を果たします。ADC (抗 NaPi2b-vc-MMAE) は、ヒト化 IgG1 抗 NaPi2b モノクローナル抗体を vc ペプチドリンカーを介して MMAE に結合させることによって開発され、正常なヒトおよびカニザル組織で特異的結合親和性があることが確認されました。ただし、サルの正常な肺で高レベルに発現しているにもかかわらず、この交差反応の安全性は許容可能であり、用量制限毒性は正常組織の発現とは無関係です。 通常のラット、非結合種、およびサルにおける毒性作用は、MMAE の薬理作用と一致しています。
一般的な毒性設計の原則: 一般的に、モノクローナル抗体分子は全身曝露に影響を与えるか決定する主な要因の 1 つであるため、モノクローナル抗体/裸の抗体、リンカー/リンカー毒素に個別のグループを設定する必要はありません。用量設計では、ADC の薬力学的用量、抗体分子の特性、および小分子毒素の毒性特性を考慮する必要があります。
ペイロード関連の毒性に焦点を当てる:低分子化合物の標的放出により標的組織での薬物濃縮が達成され、治療域が改善されますが、ADC の主な毒性特性は、接続された低分子化合物の特性と依然として類似しています。ほとんどの ADC 毒性反応は、低分子化合物の直接投与よりも軽度ですが、一部の ADC は、抗体の標的結合またはオフターゲット結合に関連する組織毒性反応を増加させる可能性があります。ADC は低分子化合物の標的放出を増加させますが、一部の低分子化合物は依然として時期尚早に放出され、一部の遊離低分子化合物は標的細胞から周囲の組織や全身循環に急速に拡散または移行したり、標的細胞のアポトーシスや損傷により遊離低分子化合物が全身循環に入る可能性があります。ADC の抗体部分は、Fc 受容体を介した細胞貪食など、他の非標的組織器官細胞表面受容体またはエピトープに結合する可能性があり、薬物は代謝分解後に該当する組織細胞に毒性効果を発揮する可能性があります。 したがって、ADC の毒性は抗体、小分子化合物、リンカーの特性と密接に関係しており、抗体、小分子化合物、リンカーの変化に伴い、ADC の毒性特性も変化します。非臨床安全性試験では、薬物の組成構造と薬物動態特性が毒性に与える影響に注意を払い、実験結果を総合的に分析する必要があります。
遺伝毒性:生体高分子は一般に DNA と直接相互作用しないため、ADC とその抗体部分は、通常、遺伝毒性試験を受ける必要はありません。ADC の潜在的な遺伝毒性は、小分子化合物に由来します。ペイロード小分子化合物が新しい化合物である場合は、遺伝毒性試験を実施する必要があります。体内で生成される新しい遊離小分子化合物および/または新しいリンカーの場合は、ADC の切断産物の物理化学的性質、切断特性、および構造に基づいて、対象試験物質を評価する必要があります。対象試験物質に遺伝毒性があることを十分なデータから示す場合は、遺伝毒性試験は必要ありません。
生殖毒性:ADC に含まれる小分子化合物、リンカー、裸の抗体は、生殖器官、生殖能力、胚・胎児の発育、子孫の発育に悪影響を及ぼす可能性があるため、ADC の生殖毒性リスクに注意する必要があります。ADC の生殖毒性の研究戦略、実験設計、実施、評価は、ICH S5 ガイドラインを参照し、ADC の作用機序と対象集団を組み合わせて、特定の問題に特化した分析戦略を採用する必要があります。末期腫瘍患者を対象とした ADC については、生殖毒性研究の ICH S9 ガイドラインを参照できます。
生物学的製剤の場合、生殖毒性は通常、薬理学的に関連する動物種で評価されます。げっ歯類とウサギの両方がターゲット結合関連動物種である場合、胚致死性または催奇形性が 1 つの種で確認されていない限り、2 種の動物種を使用して胚胎児発育毒性試験を実施する必要があります。ターゲット結合動物種が非ヒト霊長類である場合、または関連する動物種がない場合、遊離小分子化合物の生殖毒性を調べるために、通常、ラットまたはウサギが生殖毒性試験で最初に検討されます。試験結果で陽性が確認された場合は、ターゲット結合関連動物種を使用して生殖毒性を調べる必要はありません。それ以外の場合は、抗原媒介生殖毒性を特定するための試験に、非ヒト霊長類、トランスジェニック動物、または代替分子を検討する必要があります。 ADC に含まれる抗体または小分子化合物に潜在的な生殖毒性リスクを明確に示す文献データがある場合、生殖毒性研究は必要なく、関連するリスク管理は文献情報に基づいて行うことができます。
発がん性:ADC の特性に基づいて、ICH S1、ICH S6、ICH S9 などの関連ガイドラインに従って発がん性試験の必要性を検討することができます。
免疫原性/免疫毒性:ADC は体内に入った後に免疫原性を引き起こし、抗薬物抗体を生成する可能性があります。ADC の免疫原性の評価は、薬物の薬物動態、有効性、安全性の結果を分析するのに役立ちます。そのため、ADC の非臨床安全性試験では、通常、抗薬物抗体の検出が伴います。抗薬物抗体は、ADC の抗体部分とリンカー部分から生成される可能性があり、抗原エピトープのさらなる検査が必要かどうかは、免疫原性のリスクに基づく必要があります。ADC の免疫原性分析の開発、検証、分析検出戦略は、「薬物免疫原性研究の技術ガイドライン」に従う必要があります。ADC は、ICH S6、ICH S8、ICH S9 などのガイドラインを参照し、ADC の種類や作用機序などの要因に基づいて、免疫毒性検出指標を合理的に設計できます。通常の免疫毒性試験に加えて、必要に応じて追加の免疫毒性試験を検討する必要があります。
光学的安全性:フェーズ I 臨床試験の前に、低分子化合物 (リンカーを含む) の光化学的特性と薬理学的/化学的分類に基づいて、潜在的な光毒性を予備的に評価する必要があります。これらのデータから潜在的なリスクが示唆される場合は、臨床試験の被験者に対して適切な保護措置を講じる必要があります。非臨床データまたは臨床経験では光安全性のリスクを十分に評価できない場合は、大規模臨床試験 (フェーズ III) の前に、ICH S10 に記載されている原則に沿った光安全性評価を行う必要があります。
組織交差反応性:組織交差反応性試験は、免疫組織化学技術を使用して組織内の抗体と抗原エピトープの結合特性を決定するために実施される in vitro 組織結合試験です。組織交差反応性試験は、標的分布を理解するための有用な補足情報を提供できるだけでなく、潜在的な予期しない結合に関する情報も提供できます。ヒト組織を使用した組織交差反応性試験は、抗体医薬品の初期臨床投与安全性評価シリーズの不可欠な部分です。標的結合に関連する動物種がない場合、組織交差反応性情報はヒトの毒性リスクを予測するために特に重要です。後期腫瘍適応症を目的とした ADC の場合、関連する動物種で毒性効果を評価した後に特別な懸念がなければ、組織交差反応性試験は必要ありません。
現在、ICH、FDA、NMPAなどの機関は、ADCの非臨床薬理学および毒性学研究に関する技術ガイドラインを発行しています。研究者は、薬物の特性に基づいて科学的に合理的な非臨床薬理学および毒性学研究を設計し、非臨床動物レベルの薬力学的効果と毒性反応のヒトへの外挿を最大限に高め、臨床応用におけるADCの有効性と安全性を予測し、臨床試験の成功率を向上させ、開発リスクを軽減することができます。医薬品開発者は、予備研究結果と既存の問題に基づいて規制当局とコミュニケーションを取り、科学的に標準化された非臨床研究支援情報を得ることができます。
