一个直接生成具有高亲和力、多样性和可开发性的药物样抗体的下一代Fab文库平台。

A next-generation Fab library platform directly yielding drug-like antibodies with high affinity, diversity, and developability.

作者信息Fortunato Ferrara, Adeline Fanni, Andre A R Teixeira, Esteban Molina, Camila Leal-Lopes, Ashley DeAguero, Sara D'Angelo, M Frank Erasmus, Laura Spector, Luis Antonio Rodriguez Carnero, Jianquan Li, Thomas J Pohl, Nikolai Suslov, Klervi Desrumeaux, Conor McMahon, Sagar Kathuria, Andrew R M Bradbury
PMID39192463
期刊MAbs
发布时间2024-01
DOI10.1080/19420862.2024.2394230

实验完整度

包含文库构建、噬菌体展示筛选、酵母展示筛选、IgG转化、亲和力测定及多种可开发性评估(如SEC、HIC、Tm、cGE、DLS)等多层级验证。

主要模型

Fab噬菌体展示文库 scFab酵母展示文库 Expi293F细胞表达系统

重点核对

噬菌体展示筛选使用hIFNα-2b和SARS-CoV-2 RBD作为靶标,浓度分别为320 nM和330 nM。 酵母展示筛选使用FACS分选,最终结合群体在5 nM抗原浓度下仍有显著结合。 IgG转化使用Expi293F细胞瞬时转染,表达水平范围0.05至超过100 μg/mL。 亲和力测定使用SPR(Carterra LSA-XT),hIFNα-2b抗体亲和力范围18 pM至74 nM,中位数为2.3 nM。

摘要

我们先前描述了一个体外单链片段(scFv)文库平台,最初设计用于生成具有优异可开发性特性的抗体。该平台设计基于使用临床抗体作为支架,将复制的天然互补决定区插入其中,并清除序列风险,同时使用噬菌体和酵母展示进行抗体筛选。除了具有可开发性外,使用我们的平台生成的抗体具有极高的多样性,大多数筛选活动产生亚纳摩尔级别的结合剂。在这里,我们描述了一个平台改进,该改进整合了Fab噬菌体展示,随后进行单链抗体结合片段Fab(scFab)酵母展示。scFab单基因格式提供了轻链和重链的平衡表达,并增强了向IgG的转化,从而结合了scFv和Fab的优点。一个精心设计、质量受控的Fab噬菌体文库使用了与创建scFv文库相似的设计原则。针对两个靶标,分离了一个多样化的结合scFab组,其向IgG的转化效率高。这项研究强调了噬菌体和酵母展示与Fab半合成文库设计的兼容性,提供了一种直接生成药物样抗体的有效方法,促进了它们向潜在治疗候选药物的转化。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何开发一种基于Fab的噬菌体和酵母展示平台,以直接生成具有高亲和力、多样性和可开发性的药物样抗体?
核心机制
scFab单基因格式实现了轻链和重链的平衡表达,避免了链不平衡问题,从而提高了向IgG的转化效率。
主要证据
通过构建Fab噬菌体文库(约1.6×10^10转化子),针对hIFNα-2b和SARS-CoV-2 RBD筛选,获得66个scFab结合子,其中89%成功转化为功能性IgG,大部分抗体显示出高亲和力(hIFNα-2b中位KD为2.3 nM,RBD为4.1 nM)和良好的可开发性(如SEC主峰纯度≥80%等)。
研究意义
该平台提供了一种直接生成药物样抗体的有效方法,无需进一步优化,促进了抗体向治疗候选药物的转化。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

Fab噬菌体文库构建与质量控制

构建半合成Fab噬菌体文库,并验证其质量。

使用五个治疗性抗体支架(如abrilumab、crenezumab、necitumumab、adalimumab),将源自健康供体的天然CDR(HCDR1-2和LCDR1-3)与HCDR3(来自10个健康供体)克隆到pANDA5噬菌粒载体,电转化E. coli TG1,获得约1.6×10^10转化子。通过Sanger测序、PacBio、NovaSeq和ELISA评估功能性和展示水平。

2

噬菌体展示选择

从Fab噬菌体文库中富集特异性结合靶标的抗体。

使用靶标hIFNα-2b或SARS-CoV-2 RBD进行三轮噬菌体淘选,通过磁珠分离和洗涤提高特异性。第3轮后,通过ELISA评估多克隆和单克隆结合。

3

转染为scFab酵母展示

将噬菌体展示输出转换为scFab格式,并在酵母表面展示用于进一步筛选。

通过两步PCR将Fab噬菌体向量转化为scFab,并克隆到酵母展示载体,转化EBY100酵母。通过流式细胞术验证展示和结合。

4

酵母展示选择与多样性分析

通过FACS分选富集高亲和力scFab,并分析多样性。

使用FACS分选针对靶标的高亲和力结合剂。分选后,分析单克隆结合,并通过Sanger测序和PacBio测序评估多样性。

5

IgG转化和表达

评估scFab转化为全长IgG的效率。

将scFab抗体转换为全长IgG,通过线性表达盒在Expi293F细胞中表达。5天后测量IgG浓度和结合活性。

6

亲和力测定和可开发性评估

评估IgG抗体的亲和力和可开发性。

使用SPR测量亲和力。使用HIC、SEC、Tm、Tonset、cGE、DLS等方法评估可开发性。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
pANDA5噬菌粒载体----
BssHII限制性内切酶NEBR0131L
NheI限制性内切酶NEBR0199L
大肠杆菌TG1Lucigen60502-2
生物素化人干扰素α-2bGenScriptZ03002
生物素化SARS-CoV-2 RBDACRO BiosystemsSPD-C82E9
Dynabeads M-280磁珠ThermoFisher11205D
XL1Blue菌株Agilent--
抗Fab抗体Millipore SigmaI5260
抗M13-辣根过氧化物酶抗体Sino Biological11973-MM05T-H
DpnI限制性内切酶New England BiolabsR0176S
NEBuilder® HiFi DNA组装预混液New England BiolabsE2621L
Zymo Research DNA清洁浓缩试剂盒Zymo ResearchD4004
FACSAria流式细胞分选仪Becton Dickinson--
Expi293F细胞Thermo Fisher Scientific--
One Shot™ OmniMAX™ 2 T1R化学感受态大肠杆菌Thermo FisherC854003
Carterra LSA表面等离子体共振仪Carterra--
抗人Fc抗体Southern Biotech2048-01
N-羟基硫代琥珀酰亚胺Sigma56485
N-(3-二甲氨基丙基)-N'-乙基碳二亚胺盐酸盐SigmaE7750
MAbPac HIC-10色谱柱ThermoFisher--
Superdex 200 Increase 5/150 GL色谱柱Cytiva28-9909-45
UNcle系统Unchained Labs--
Labchip GX Touch系统PerkinElmer--
Stunner仪器Unchained Labs--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
文库构建
支架序列:五个临床抗体(abrilumab、crenezumab、necitumumab、adalimumab及一个非治疗性支架)及其VH/VL种系基因。CDR来源:HCDR1-2和LCDR1-3来自40个供体的NGS数据;HCDR3来自10个供体的CD19+ B细胞。克隆方法:使用限制性酶BssHII和NheI。转化效率:约1.6×10^10转化子。
阅读提示:见Materials and Methods-Library construction, Table 1, Figure 2b
噬菌体展示选择
靶标浓度:hIFNα-2b 320 nM,SARS-CoV-2 RBD 330 nM。淘选轮数:3轮。洗涤条件:第2轮和第3轮增加洗涤强度。磁珠:Dynabeads M-280。感染菌株:XL1Blue。
阅读提示:见Materials and Methods-Fab phage-display selection, Figure 5a
scFab酵母展示
转换方法:两步PCR,使用NEBuilder® HiFi DNA Assembly Master Mix。酵母株:EBY100。诱导和检测:流式细胞术。分选浓度:100 nM至0 nM。
阅读提示:见Materials and Methods-Two-step PCR conversion and scFab yeast display selection, Figure 6
IgG转化
表达系统:Expi293F细胞。表达构建:线性表达盒(LEC)。转染后培养:5天。检测方法:ELISA。
阅读提示:见Materials and Methods-Assembly of LEC and expression, Figure 9
亲和力测定
SPR设备:Carterra LSA-XT。固定相:抗人Fc抗体。抗原浓度系列:hIFNα-2b从300 nM至412 pM;RBD从100 nM至412 pM。结合模型:1:1。
阅读提示:见Materials and Methods-IgG validation: affinity determination, Figure 10a
可开发性评估
HIC条件:梯度洗脱,流动相A和B。SEC条件:等度洗脱,PBS缓冲液。Tm测定:UNcle系统,温度范围25-95°C。cGE:Labchip GX Touch,蛋白质清除HT试剂盒。DLS:Stunner,样品浓度0.5 mg/mL。
阅读提示:见Materials and Methods-IgG developability, Figure 10b-i