创新性高通量SPR技术加速生物治 疗药物发现

治 疗性抗体是目前市场上增速最 快的一类药物，截止到2022年2月，已有109种抗体药物获得FDA批准使用，包括93款单抗，4款双抗以及12款ADC药物，同时处于临床阶段的抗体药超过了600种。连续8年，年复合增长率超过10%，2021年抗体药规模增长更是达到了16.5%。目前抗体药热门靶点主要集中于肿瘤如PD1/PD-L1，BCMA，CD38等，自身免疫性疾病，如TNFα，Th17通路等，补体通路如C5，C3，C1s等，以及各种新冠病毒的中和抗体等。如何在激烈的抗体药市场争得先机，提升相关靶点治 疗性抗体的发现速度和效率，成为一个热门的话题。

Carterra Bio是一家总部位于美国盐湖城的创新技术公司，旨在加速和革新新型候选治 疗药物的发现与开发。Carterra开发了用于单克隆抗体（mAb）表征的高通量LSA™仪器，仅需要传统平台1%的样品消耗量及10%的时间，可实现100倍的检测通量。LSA将专 利的微流控技术与实时免标记分子互作检测技术表面等离子体共振（SPR）以及先进易用的数据分析和可视化软件结合，彻底革新了治 疗性抗体的筛选和验证开发。LSATM平台为使用者提供了与最 先 进的高通量抗体表达平台的输出相匹配的抗体发现与表征的通量和功能，使得所有的抗体在发现过程的早期即可得到快速全面的筛选和表征，从而确定治 疗性抗体独特的表位和发现潜在的新型候选治 疗药物，极大提升了发现和开发的效率及生产力。2022年，Carterra-Bio与PerkinElmer达成协议，由PerkinElmer全面负责LSA平台在中国的技术和应用推广支持与售后及测试服务，并且借助PerkinElmer专业的实验室整合能力，将LSA平台整合进实验室自动化系统及数据管理系统，打造专业的自动化治 疗性抗体发现和表征平台及数据处理分析系统，通过创新性的高通量SPR技术加速实验室抗体发现与表位表征分析，实现低成本高通量的检测与筛选。

图1  高通量SPR平台为治 疗性抗体药物发现筛选带来了革命性的变化，允许在开发早期即可将筛选和表征在同一步骤中完成。更快速发现治 疗性抗体及对功能性表位进行表征，做出决策。

发现一个治 疗性抗体

抗体表位特异性属于抗体固有的属性，通常无法进行设计，所以一个具有适当特性的抗体主要通过经验性表达筛选得到。

现代抗体表达技术可以产生大量的克隆，以满足发现管线及找到合适的抗体药物的可能性，该抗体既需要在治 疗疾病方面有很好效果，还需要具有足够的差异性以确保知识产权，这些抗体的储备可以被视为制药公司的宝贵资产。

筛选和分类大型抗体库，找到并确认具有治 疗潜力的抗体，需要详细表征靶标和候选抗体之间的分子水平结合作用。这种抗体筛选越早在抗体库中进行越好，以确认其功能范围。评估抗体库的表位覆盖率也是至关重要的，结合其他方法的研究数据，（可以参考Carterra与PerkinElmer的联合讲座，可在默存学院中进行观看），还可以帮助研究确认相关抗体的作用机制（MOA）。

抗体筛选的历史与现状

常规使用的一些高通量检测方法（如ELISA和FACS）常用于初步的筛选，将一大堆候选抗体缩减到一些可很好管理的子集，然后在使用分子互作的金标准低通量高信息含量的SPR进行验证。这样的过程非常费时费力，并且步骤繁冗，也很难自动化。而且会忽略原始抗体库库的全部表位和动力学的多样性，从而漏掉具有潜力的抗体；此外可能会选择到大量次优的克隆而错过最 佳潜在抗体或过早地从库中剔除掉这些抗体。

而Carterra LSA平台则通过高通量SPR解决了这样的问题，使得早期即可在同一步骤中完成筛选和表征。通过将SPR的能力扩大到超过传统SPR平台的一个数量级或更多（图2），Carterra LSA可同时进行数百种不同抗体并行高分辨率和高通量的相互作用分析。使得SPR不仅仅是用于验证和表征，更可以在药物发现早期就大显身手，极大提升发现速度和效率，以往需要几个月时间的过程可缩短到三周内进行。

图2 与传统SPR平台相比，Carterra LSA将SPR的能力扩大了一个数量级或更多。Carterra LSA可以同时测定384个抗原、抗体相互作用的动力学数据，而其他SPR平台则一次只能产生8个（蓝框）或32个（绿框）抗原、抗体结合相互作用的动力学数据。

LSA通过先进的微流控系统还提供了极小的样品消耗和高检测灵敏度的优势，并兼容多种样品类型（血清，细胞上清，裂解液等）使得LSA更适合于早期研究和发现以及后期的表征。通常研究早期需要检测大量的克隆，而单个克隆表达的抗体量比较有限，并且可能纯化不易或成本高昂。

高通量SPR技术使得研究人员在早期即可评估抗体状况，对靶标抗原和大量候选抗体之间的结合相互作用进行详细研究分析比较，得到最 好结论，作出决策并快速进入到下一步的研究中。

结合动力学亲和力分析与表位聚类及作图

通常均需要了解一个抗体如何结合抗原靶标，哪些因素会影响其作用机制、药效和药代动力学，SPR技术则是检测抗体抗原相互作用的结合动力学和亲和力数据的金标准的生物物理方法，但传统的方法是低通量的，常被用于验证或二次筛选。Carterra LSA则是一个颠覆性的高通量SPR平台，在抗体库初步筛选时即可发挥作用，得到动力学及亲和力数据。

抗体的竞争性结合测定可用于将抗体组织成表位家族或分类，以帮助发现先导抗体以及更好的理解抗体作用机制。Carterra LSA平台改变了分组模式，可以在最小样品消耗条件下，快速对大量抗体进行全方位的表位分组分析。例如可同时对384种抗体以384x 384的检测模式进行表位分析，在一次运行中，每个抗体消耗不到10ug，检测完毕可产生超过14万个成对的相互作用的数据及可视化图表便于进行聚类分析。

得到的结合相关参数，如动力学、亲和力和表位特异性，则为研究人员提供了一个全面的勾画信息图，指导决定哪些抗体可以进入下一步研究，以迅速聚焦到具有最有潜力和价值的抗体上。由于目前许多制药公司均聚焦在同样的靶标上，因此越快速高效筛选得到相应的治 疗抗体，越快速进入到临床，决定了商业前景和未来。

多参数表位聚类分析及作用机制揭示（MOA）

阐明任何新型药物（包括治 疗性抗体）的作用机制（MOA）均非常重要，有以下一些原因：

帮助研究者做出更明智的选择和决定，对药物的安全性和有效性都有影响；

帮助预测病人对某一特定治 疗具有反应的可能性；

对药物组合做出更好的判断，以减少耐药性的风险、毒性/副作用的可能性和治 疗失败的风险；

突出重要的分子相互作用的目标，以便进一步开发其他药物

识别具有潜在价值和商业潜力的新型作用机制（MOA）

在LSA平台进行多参数表位聚类分析的过程中，将表位分类数据与其他正交实验（如PerkinElmer的AlphaLISA）的数据相结合，可用于构建一组测试中抗体的高信息度指纹图谱，并评估其治 疗潜力。

Carterra LSA平台提供了高通量、高数据质量和多参数检测能力，以便为作用机制（MOA）提供全面的表位聚类研究。专门设计的分析软件可以同时分析其他正交实验研究的结果，例如中和实验、结构数据或突变研究数据，并与表位分类的结果合并，以显示详细的指纹特征。这种方法提供了一种与功能和作用机制相关的模式来评估一组感兴趣抗体的特征，从而得到从抗体库到先导抗体的指引和选择。

在同一实验步骤中结合抗体筛选和详细表征，使研究人员能够分析和筛选比过去大几个数量级的抗体库，也避免了使用ELISA等手工方式进行初步筛选的过程，有利于识别需要经过抗体工程最少设计改造的各种非常类似的抗体并找到其中最 佳的同一个，从整体上加速了从抗体库到先导抗体的过程，也有更大机会和可能筛选得到具有最 高商业潜力和临床成功潜力的抗体克隆的机会。

目前已采用高通量SPR技术的LSA平台的药物研发公司已受益于更快速高效的抗体筛选流程，并减少失败的风险，过去一年中许多不同亚型新冠病毒中和抗体的快速发现和验证已经证实了这一点。期待下一个有机会发现新型高效抗体治 疗药物的公司就是您的公司！期待能够诞生下一个抗体药王Humira的可能性！

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