Characterization of structural and functional properties of anti-VEGF-IgG molecules under certain environmental stress conditions

Abstract

Monoklonal antikorlar (mAb'lar), hedef moleküle yüksek özgüllükle bağlanan ve etkili biyoterapötik etkilere sahip protein yapılı moleküllerdir. Antijene bağımlı hücre sitotoksisitesi (ADCC), kompleman bağımlı hücre sitotoksisitesi (CDC) ve hedef molekül nötralizasyonu gibi temel işlevleri nedeniyle ilaç endüstrisinde tedavi amaçlı üretilirler. Ancak mAb'lerin protein yapısından dolayı üretim sırasında ve sonrasında birçok farklı çevresel stres faktörüne maruz kalabilmektedirler. Bu stres faktörlerinin varlığında antikorların yapıları ve buna bağlı olarak biyolojik fonksiyonları olumsuz etkilenebilmektedir.mAb'lar, üretim sırasında, nakliye ve depolama gibi üretim sonrası süreçlerde termal, değişen pH koşulları ve oksidatif ortam gibi stres faktörlerine maruz kalırlar. Bu stres faktörlerinin varlığında antikorların yapılarında agregasyon ve degradasyon gibi süreçlerin gelişmesine ek olarak post-translasyonel modifikasyonlara (PTM'ler) da uğrayabilmektedirler. Bu modifikasyonlar ve degradasyon süreçleri, antikorların terapötik aktivitesini ciddi şekilde etkileyebilmektedir. Bu nedenle, Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) gibi ilaç onayındaki temel otoriteler, bu stres faktörlerinin varlığında mAB'lerin yapısındaki değişiklikleri ve biyolojik aktivitelerindeki değişiklikleri karakterize etmeyi zorunlu hale getirmiştir.Bu amaçla hızlandırılmış degradasyon çalışmaları gibi geniş bir alan oluşturulmuştur. Bu çalışmalarla, mAb'lerin laboratuvar ortamında normal çevre koşullarında karşılaşabileceği stres faktörleri taklit edilerek antikorun karakterizasyonu ve biyolojik aktiviteleri hızlı bir şekilde belirlenebilmektedir. Bu çalışma kapsamında anti-VEGF IgG molekülünün termal, ortamın pH değişimi ve oksidatif stres gibi en yaygın stres faktörleri oluşturularak antikorun hem yapısal hem de fonksiyonel analizleri in vitro olarak yapılmıştır. Bu nedenle oluşabilecek PTM'ler ve agregasyon profilleri karakterize edilerek bu antikorun ilaç endüstrisinde terapötik kullanımı için birçok ön çalışma yapılacak ve birçok endüstriyel ve terapötik amaçlı çalışmalara ön ayak olabilecektir.

Monoclonal antibodies (mAbs) are protein-structured molecules that bind to the target molecule with high specificity and have practical biotherapeutic effects. They are produced for therapeutic purposes in the pharmaceutical industry due to their essential functions, such as antigen-dependent cell cytotoxicity (ADCC), complement-dependent cell cytotoxicity (CDC), and target molecule neutralization. However, due to the protein nature of mAbs, they can be exposed to many different environmental stress factors during and after production. In the presence of these stress factors, the structures of antibodies and, accordingly, their biological functions can be negatively affected.The mAbs are exposed to stress factors such as thermal, changing pH conditions, and oxidative environment during production and post-production processes such as shipping and storage. In the presence of these stress factors, in addition to the development of processes such as aggregation and fragmentation in the structures of antibodies, they can undergo post-translational modifications (PTMs). These modifications and degradation processes can seriously affect the therapeutic activity of antibodies. Therefore, essential authorities in drug approval, such as the Food and Drug Administration (FDA), have made it mandatory to characterize the changes in the structure of mAbs and the changes in their biological activities in the presence of these stress factors.For this purpose, a large field such as forced degradation studies has been created. Based on these studies, the antibody's characterization and biological activities can be determined quickly by imitating the stress factors that mAbs may encounter under normal environmental conditions in the laboratory environment. Within the scope of this study, both structural and functional analyzes of the antibody were performed by forming the most common stress factors such as thermal, pH change of the environment, and oxidative stress of the anti-VEGF IgG molecule in vitro. Therefore, by characterizing the PTMs and aggregation profiles that can occur, many preliminary studies will be carried out for the therapeutic use of this antibody in the pharmaceutical industry, and it will lead to studies for many industrial and therapeutic purposes.