WO1995033844A1 - Verfahren zur herstellung von heterologen bispezifischen antikörpern - Google Patents

Verfahren zur herstellung von heterologen bispezifischen antikörpern Download PDF

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WO1995033844A1
WO1995033844A1 PCT/EP1995/001850 EP9501850W WO9533844A1 WO 1995033844 A1 WO1995033844 A1 WO 1995033844A1 EP 9501850 W EP9501850 W EP 9501850W WO 9533844 A1 WO9533844 A1 WO 9533844A1
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subclass
antibody
bsak
antibodies
protein
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PCT/EP1995/001850
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Horst Lindhofer
Stephan Thierfelder
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GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07K—PEPTIDES
    • C07K16/00—Immunoglobulins [IGs], e.g. monoclonal or polyclonal antibodies
    • C07K16/46—Hybrid immunoglobulins
    • C07K16/468—Immunoglobulins having two or more different antigen binding sites, e.g. multifunctional antibodies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07K—PEPTIDES
    • C07K2317/00—Immunoglobulins specific features
    • C07K2317/30—Immunoglobulins specific features characterized by aspects of specificity or valency
    • C07K2317/31—Immunoglobulins specific features characterized by aspects of specificity or valency multispecific

Definitions

  • the invention relates to a method for producing heterologous bispecific antibodies.
  • a bsAk is a pair consisting of a heavy and light immunoglobulin chain, homologous to a monoclonal antibody which is directed against a specific antigen, while the other heavy / light immunoglobulin chain pair is homologous to a monoclonal antibody which is a different antigen he knows. This results in the ability of the bsAk to bind two different antigens simultaneously.
  • bsAk are called heterologous if they have heavy / light immunoglobulin chain pairs of different species or subclasses.
  • Quadroma hybrid hybridoma
  • Quadroms result from the fusion of two antibody-producing hybridoma cells.
  • Parental antibodies are also produced by quadroms and are identical to the monoclonal antibodies of the starting clones used to make the quadroms (see Fig. 1).
  • Bispecific antibodies have a multitude of areas of application which range from immunodiagnostics [1] to therapy (eg immunotherapy of tumors, [2]; suppression of rejection and autoimmune reactions, [3]) in humans pass.
  • bsAk can be produced by three different methods, by means of chemical conjugation [4], with the help of genetic engineering methods [5] or by the fusion of two hybridoma cell lines [6].
  • BsAk which are produced by the latter method, have the advantage of being "real" antibodies with correct glycosylation, which can be obtained in a reproducible manner from a clearly defined clone.
  • a major disadvantage of this method is that the culture supernatants of such hybrid hybridomas contain up to 10 different antibody molecules which result from the free combination of heavy and light immunoglobulin chains. For this reason, relatively complex purification processes are necessary to isolate the correctly paired bispecific antibodies .
  • the object of the invention is to provide a method of e. G. To provide the type with which it is possible to produce heterologous bispecific antibodies with high purity.
  • the method according to claim 1 has compared to the above.
  • the principle of the invention is based on the different affinity constants of a homologous (CH2-CH3) 2 in the unglobulin region and a heterologous (CH2-CH3) (CH2 '-CH3') immunoglobulin region towards protein A.
  • the hetero - (CH2-CH3) configuration with only one CH2-CH3 region for binding to protein A.
  • the second CH2 • -CH3 'region can under certain circumstances, after binding of the bsAk to protein A, still support this binding.
  • the different affinity constants of the immunoglobulins with homo- and hetero-configuration compared to protein A are used to purify the bispecific component.
  • Another pairing possibility that fulfills these requirements is the combination of the human subclass IgG3 (no binding to protein A) with one of the human subclasses IgGl, IgG2a and IgG2b.
  • a number of studies that have investigated the free combinability of heavy and light chains within mouse / mouse quadroms come to the conclusion that there are generally no restrictions with regard to the free combinability between the 2 heavy and light Ig chains [7 ]. That is, if the sum of all antibody variants secreted by a mouse / mouse quadroma is taken as 100%, the percentage of the correctly paired bispecific component fluctuates between 7.5 and 10% [7, 8].
  • heterologous bsAk In the heterologous mouse / rat quadroms we examined, on the other hand, the proportion of correctly paired bsAk increased 3-fold to 20-30%. A higher proportion is not possible due to the obviously free combination of the heavy chains.
  • the production of heterologous bsAk with subsequent purification via Protein A has the following advantages:
  • g) protein A is by far the cheapest separation medium compared to the other chromatographic separation media, h) Protein A has excellent separating properties even at low pressures, so that no complex HPLC technology is necessary and which, particularly for large-scale use, can use FPLC technology which is considerably cheaper.
  • the degree of mismatches of the heavy and light Ig chains in rat / mouse quadroms can be determined by means of species-specific antisera (which selectively recognize the light and heavy chains).
  • Protein A is a cell wall component of Staphylococcus aureus and binds to the Fc region of immunoglobulins of a number of species and subclasses with different affinities. It is a 42KDa size polypeptide chain and contains five domains. Four strongly homologous domains, each of which corresponds to a monovalent Fc-binding domain, are arranged in succession. Active fragments which correspond to these homologous domains and have a size of 7 KDa can be isolated by means of trypsin digestion. The fragments bind to the Fc part of immunoglobulins with a stoichiometry of 2: 1.
  • FIG. 1 shows all the antibody variants secreted by hybrid hybrid cells.
  • FIG. 2 shows the course of the bsAk purification via protein A.
  • FIGS. 3 and 4 show the composition of the two peaks from FIG. 2.
  • the first bsAk is produced by a quadrom, which was produced by the fusion of two hybridoma cells of different species.
  • the starting clones produce 1) an anti-mouse CD3 rat antibody of the IgG2b subclass and 2) an anti-mouse Thy-1.2 mouse antibody of the IgG2a subclass.
  • the relatively high pH ensures that only antibody variants are found with hetero-Fc (CH2-CH3 / CH2 • -CH3 ') configuration in the eluate. Since only one binding domain of the protein A molecule binds to the mouse CH2-CH3 region in the bsAk, a drop in the pH from 7 to 5.85 is sufficient to detach the bsAk.
  • 0.1M Na citrate buffer adjusted to pH 3.5 is passed over the column, whereby the bound homo-Fc (CH2-CH3) 2 variants of murine origin are detached.
  • the higher binding affinity of the parental mouse antibodies and the homo-mouse Fc variants is based on the additional second interacting protein A binding domain.
  • the course of the bsAk purification via protein A is shown in FIG. 2.
  • the bsAk is composed of two humanized antibodies.
  • the originally murine sequences of the CH2-CH3 domains were replaced by the human sequences of the IgG1 subclass.
  • the original rat sequences of the CH2-CH3 domains were replaced by human sequences of the IgG3 subclass.
  • the human IgG3 subclass here represents the portion of the bsAk which does not bind to protein A.
  • human IgG1 subclass can be replaced in this example by any further human subclass that binds to protein A.
  • the bsAk can be purified from the culture supernatant of such a quadrome according to the protocol shown in Example 1.
  • Example 2a This variant of Example 2a is bsAk of two fully humanized antibodies, one of which has the CH2-CH3 region of the human IgG3 subclass. If it is taken into account that the other human subclass involved in the bsAk binds to protein A, the purification principle presented here can also be applied to such a human antibody.
  • Example 3 shows that the merger of suitable starting clones can combine the advantage of the cleaning method described here with a desired monovalent binding of the bsAk.
  • a rat antibody with an interesting specificity would have one Mouse antibodies, a specificity irrelevant in the respective in vitro or in vivo system, are fused.
  • the parental bivalent rat antibody would in turn be separated when the protein A column was loaded due to its lack of binding to protein A.
  • the highest possible yield is also guaranteed due to the preferential pairing of the heavy and light chain of the rat with one another.
  • Another advantage of the variant described here is the effector function of the bsAk gained by the mouse subclass IgG2a if the rat antibody involved should belong to the IgG2a or IgGl subclass.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von heterologen bispezifischen Antikörpern. Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren so auszugestalten, daß es möglich ist, heterologe bispezifische Antikörper mit hoher Reinheit herzustellen. Gelöst wird diese Aufgabe durch Erzeugung eines Quadroms fusioniert aus Hybridomen, von denen eines Antikörper produziert, welche eine Affinität zur Bindungsdomäne von Protein A besitzen, und von denen das andere Hybridom Antikörper produziert, welche im Vergleich zum ersten Antikörper eine schwächere oder keine Affinität zur Bindungsdomäne von Protein A besitzen, Vermehrung und Kultivierung der Quadrome in üblicher Weise und Elution der bsAk in einem pH-Bereich, der mindestens 0.5 Einheiten über dem pH liegt, bei dem die Antikörper mit stärkerer Affinität zur Bindungsdomäne von Protein A noch gebunden sind.

Description

Verfahren zur Herstellung von heteroloqen bispezifischen Anti¬ körpern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hete- rologen bispezifischen Antikörpern.
Definitionen einiger unten angeführter Begriffe:
Bispezifische Antikörper bsAk:
Ein bsAk ist ein Paar, bestehend aus schwerer und leichter Im- munglobulinkette, homolog zu einem monoklonalem Antikörper, der gegen ein bestimmtes Antigen gerichtet ist, während das andere schwere/leichte- Immunglobulinkettenpaar homolog zu ei¬ nem monoklonalen Antikörper ist, der ein anderes Antigen er¬ kennt. Dies resultiert in der Fähigkeit des bsAk zwei unter¬ schiedliche Antigene simultan zu binden.
Heterologe bispezifische Antikörper:
Als heterolog werden in diesem Zusammenhang bsAk bezeichnet, die schwere/leichte- Immunglobulinkettenpaare unterschiedli¬ cher Species oder Subklasse besitzen.
Quadrom = Hybrid-Hybridom
Quadrome resultieren aus der Fusion zweier antikörperproduzie¬ render Hybridomzellen.
Parentale Antikörper:
Parentale Antikörper werden ebenfalls von Quadromen produziert und sind mit den monoklonalen Antikörpern der Ausgangsklone, die zur Herstellung der Quadrome verwendet wurden, identisch (siehe Fig. 1) .
Bispezifische Antikörper (bsAk) besitzen eine Vielzahl von An¬ wendungsbereichen die, von der Immundiagnostik [1] bis zur Therapie (z. B. Immuntherapie von Tumoren, [2]; Unterdrückung von Abstoßungs- und Autoimmunreaktionen, [3]) beim Menschen reichen. Prinzipiell können bsAk durch drei unterschiedliche Verfahren hergestellt werden, mittels chemischer Konjugation [4], mit Hilfe gentechniεcher Methoden [5] oder durch die Fu¬ sion zweier Hybridomzellinien [6]. BsAk, die durch die letz¬ tere Methode hergestellt werden, haben den Vorteil "echte" An¬ tikörper mit einer korrekten Glykosylierung zu sein, die in einer reproduzierbaren Art und Weise von einem klar definier¬ tem Klon gewonnen werden können. Ein wesentlicher Nachteil dieser Methode ist aber, daß die Kulturüberstände derartiger Hybrid-Hybridome bis zu 10 verschiedene Antikörpermoleküle enthalten, die durch die freie Kombination von schweren und leichten Immunglobulinketten entstehen Aus diesem Grund sind relativ aufwendige Reinigungsverfahren zur Isolierung der kor¬ rekt gepaarten bispezifischen Antikörper notwendig.
Es gibt eine Reihe von Reinigungsverfahren für bsAk, die fast alle gängigen chromatographischen Methoden nutzen wie z.b Kationen- und Anionen- austauscherchromatographie, hydrophobe Interaktions-Chromatographie, Hydroxylapatit und Affinitäts¬ chromatographie. Ein gemeinsames Merkmal all dieser Verfahren ist, daß sich optimale Reinheitsgrade erst nach Einsatz von mindestens zwei unterschiedlichen Trennmechanismen (Säulenpas¬ sagen) erreichen lassen. Dies stellt einen wesentlichen Nach¬ teil für eine großtechnische Reinigung dar. Eine Methode, die in letzter Zeit vermehrt eingesetzt wird und diesen Nachteil zu umgehen versucht, soll hier näher diskutiert werden. Dabei handelt es sich um die Kationenaustauscherchromatographie (KA) . Diese Trenntechnik beruht auf der unterschiedlichen La¬ dung von verschiedenen Im unglobulinen bei einem gegebenen saurem pH (meist zwischen pH4,5-5,8) und erlaubt, unter ge- wißen Voraussetzungen, die Isolierung der bsAk-Fraktion in ei¬ nem Reinigungsschritt.
Dem Vorteil der Ein-Schritt-Reinigung stehen eine Reihe von Nachteilen gegenüber die vor allem bei einer großtechnischen Reinigung von bsAk ins Gewicht fallen: a) An eine KA-Säule binden nicht nur Immunglobuline sondern alle sonstigen bei dem gegebenen pH positiv geladenen Pro¬ teine (wie z.B bovines Serumalbumin aber auch bovines Im- munglobulin) , wie aus [8] bekannt;
b) dadurch wird gleichzeitig die Kapazität der Säule für bsAk verringert,
c) dadurch daß die Paarungsmöglichkeit zwischen den schweren und leichten Ketten in Maus/Maus bzw. Ratte/Ratte Quadromen generell nicht eingeschränkt [7] ist gibt es bis zu 10 An¬ tikörpervarianten . KA-Säulen können derartige Varianten aufgrund der Ladungsunterschiede bis zu einem gewißen Grad trennen [8]. Prinzipiell ist dies aber nur bei bsAk möglich, bei denen die parentalen monoklonalen Antikörper sich genü¬ gend in den Ladungen ihrer leichten und schweren Ig-Ketten, bei dem gegebenen Puffersystem, das für die Auftrennung ver¬ wendet wird, unterscheiden. D. h. für bestimmte bsAk mit un¬ günstigen Antikörperkombinationen ist eine Aufreinigung mit¬ tels KA-Chromatographie nicht möglich.
d) teures Trennmaterial
e) durch vorausgehende Konzentrierungsschritte wie z.B Salz¬ fällungen ist eine teilweise Denaturierung der bsAk möglich.
Des weiteren ist aus Ey et al. [9] bekannt, daß die Subklassen der Maus bei unterschiedlichen pH-Werten von Protein A eluier- bar sind. Es wurden auch bereits Versuche unternommen um diese Eigenschaft von Protein A, für die Reinigung der bsAk-Fraktion von Maus/Maus-Quadromen zu verwenden. Die wesentlichsten Nach¬ teile der o. a. Methoden sind folgende:
1. Bei den bisher beschriebenen Reinigungsmethoden [10, 11], werden zunächst alle sezernierten Antikörpervarianten an Protein A gebunden. Daher steht ein Drittel weniger Kapazi- tat zur Bindung der bsAk an die Protein A-Säule zur Verfü¬ gung, als beim hier beschriebenen Verfahren.
2. Als Folge dieser Bindung aller, von einem Maus/Maus-Quadrom sezernierten Antikörpervarianten an Protein A, ist die Ab¬ trennung der unerwünschten parentalen Antikörper von der zu reinigenden bsAk-Fraktion, mit Hilfe der sequentiellen pH- Elution, nicht so präzise.
3. Ein wesentlicher Faktor bei der Herstellung und Reinigung von bsAk, ist die Kontrolle der Fehlpaarungen von schweren und leichten Ig-Ketten. Dieser Punkt kann bei Maus/Maus bzw. Ratte/Ratte bsAk-Kombinationen zur unlösbaren Aufgabe wer¬ den.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der e. g. Art zur Verfügung zu stellen, mit dem es möglich ist heterologe bispe¬ zifische Antikörper mit hoher Reinheit herzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa¬ tentanspruchs 1. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens, bzw vorteilhafte Antikörper die mit diesem Verfahren herstellbar sind.
Das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1. hat gegenüber den o. a. Verfahren folgende Vorteile:
Bei den von uns vorgeschlagenen heterologen bsAk-Kombinationen ist der Nachweis, vor allem der beiden leichten Ketten bei denen es ja keine Subklassenunterschiede gibt, was eine Quali¬ tätskontrolle der bsAk entscheidend erleichtert.
Von uns wurde erstmals gefunden, daß in Maus/Ratte Quadromen eine höhere bsAk-Ausbeute durch eine bevorzugte, korrekte schwere/leichte Ig-Kettenpaarung möglich ist. Da bei unserem Verfahren einer der am bsAk beteiligten paren- talen Antikörper, grundsätzlich nicht an Protein A bindet, ist die Diskriminierung der bsAk-Fraktion und der zweiten parenta- len Antikörperfraktion die an Protein A bindet, wesentlich besser.Durch diese Entdeckung bekommt die bessere Ausnutzung der Reinigungsmöglichkeit von heterologen bsAk über Protein A, im Vergleich zu Maus/Maus oder Ratte/Ratte bsAk noch eine wei¬ tere Dimension. Durch den wesentlich geringeren Anteil an Fehlpaarungen (Verringerung von 70 % auf 10 - 30 % je nach Klonkombinationen, siehe Fig. 1) von schweren und leichten Ig- Ketten, wird ein enormer Betrag an Energie und Kosten (Strom für Brutschränke, Wachstumsmedien usw.) und Kapazität auf der Protein A-Säule, eingespart.
Das Prinzip der Erfindung basiert auf den unterschiedlichen Affinitätskonstanten einer homologen-(CH2-CH3)2 Im unglobulin- region und einer heterologen-(CH2-CH3) (CH2 '-CH3') Immunglobu- linregion gegenüber Protein A. Dabei trägt bei der hetero- (CH2-CH3) Konfiguration lediglich eine CH2-CH3-Region zur Bin¬ dung an Protein A bei. Die zweite CH2•-CH3'-Region kann unter Umständen, nach bereits vollzogener Bindung des bsAk an Pro¬ tein A diese Bindung noch unterstützen. Die unterschiedlichen Affinitätskonstanten der Immunglobuline mit homo- und hetero¬ Konfiguration gegenüber Protein A werden zur Reinigung der bispezifischen Komponente genutzt.
Ein wesentlicher Punkt dieses neuen Reinigungsprinzips für bsAk ist, daß einer der parentalen Antikörper, die ebenfalls von den Quadromzellen sezerniert werden, nicht an Protein A bindet. D. h. eine der Hybridomzellinien, die mit einer zwei¬ ten Hybridomzellinie zum Quadrom fusioniert wird, sollte einen Antikörper produzieren der nicht an Protein A bindet. Aus die¬ ser Bedingung resultiert auch ein relativ hoher Unterschied zwischen den Affinitätskonstanten des bsAk und dem zweiten pa¬ rentalen Antikörper (der gut an Protein A binden sollte) ge¬ genüber Protein A, der für eine möglichst saubere Abtrennung dieser beiden Antikörpervarianten von Bedeutung ist. Diese wichtige Voraussetzung wird am effizientesten durch die Fusion einer Mausantikörper produzierenden Zellinie, mit einer Rat¬ tenantikörper produzierenden Zellinie erreicht. Von dieser Re¬ gel ist die Rattenantikörpersubklasse IgG2c ausgenommen, da sie als einzige der Rattenantikörper eine genügend hohe Affi¬ nität zu Protein A besitzt.
Eine weitere Paarungsmöglichkeit, die diese Voraussetzungen erfüllt, ist die Kombination der humanen Subklasse IgG3 (keine Bindung an Protein A) mit einer der humanen Subklassen IgGl, IgG2a und IgG2b.
Ein weiterer Punkt, der von wesentlicher Bedeutung für eine möglichst einfache Reinigung von bsAk ist, ist eine offen¬ sichtlich präferentielle Paarung der schweren und leichten Im- munglobulinketten innerhalb einer Species in Quadromzellen. D.h. in einem Quadrom, das aus der Fusion eines Ratten-Hybri- doms mit einem Maus-Hybridom hervorgegangen ist, paart die leichte Ig-Kette der Maus größtenteils mit der schweren Ig- Kette der Maus und analog die leichte Ig-Kette der Ratte mit der schweren Ig-Kette der Ratte. Die Paarung der schweren Ket¬ ten ist dagegen offensichtlich nicht restringiert. Eine Reihe von Untersuchungen, die die freie Kombinationsfähigkeit von schweren und leichten Ketten innerhalb von Maus/Maus-Quadromen untersucht haben, kommen zu dem Ergebnis, daß generell keine Restriktion bezüglich der freien Kombinierbarkeit zwischen den je 2 schweren und leichten Ig-Ketten besteht [7]. D. h. nimmt man die Summe aller von einem Maus/Maus-Quadrom sezernierten Antikörpervarianten als 100 % so schwankt der Prozentsatz der korrekt gepaarten bispezifischen Komponente zwischen 7,5 - 10 % [7, 8] .
In den von uns untersuchten heterologen Maus/Ratte Quadromen dagegen steigt der Anteil der korrekt gepaarten bsAk um das 3- fache auf 20 - 30 %. Wobei ein höherer Anteil aufgrund der of¬ fensichtlich weiterbestehenden freien Kombination der schweren Ketten untereinander nicht möglich ist. Zusammengefaßt bringt die Herstellung von heterologen bsAk mit anschließender Reinigung über Protein A folgende Vorteile:
a) ein um das bis zu 3-fache gesteigerter Anteil von korrekt gepaarten bsAk im Vergleich zu konventionellen Maus/Maus oder Ratte/Ratte -Quadromen,
b) falls einer der parentalen Ausgangsantikörper die humane Subklasse IgG3 (oder deren CH2-CH3 Region) besitzt, können selbst bsAk humanisierter Antikörper isoliert werden. Dabei könnte wie in Bsp.2 näher erläutert, die korrekte Paarung der Ratten- und Maus-Fab Domänen, weiterhin genutzt werden,
c) bsAk, die auf parentalen Ausgangsantikörpern mit sehr ähn¬ lichen isoelektrischen Punkten basieren und damit über Kationenaustauscherchromatographie nicht unterscheidbar sind, werden isolierbar,
d) einfache Ein-Schritt Reinigung der bsAk-Komponente über Protein A unter besonders schonenden Bedingungen bei der nur eine sehr geringe bis keine Denaturierung der bsAk auftritt (Elution bei pH 5,6 - 6,0; 100 mM NaCitrat) , dadurch besit¬ zen die so gewonnenen bsAk eine neue Qualität,
e) keine Kontamination durch bovine Immunglobuline (im Gegen¬ satz zur KA) , da diese erst bei einem pH > 7 unter Hoch- salzbedingungen (> 1 M NaCl) an Protein A binden,
f) keine Kontamination durch andere im Serum enthaltenen Pro¬ teine (im Gegensatz zur KA) , da diese prinzipiell keine Af¬ finität zu Protein A besitzen,
g) Protein A ist im Vergleich zu den anderen chromatographi¬ schen Trennmedien mit Abstand das kostengünstigste Trennme¬ dium, h) Protein A besitzt bereits bei niederen Drücken hervorra¬ gende Trenneigenschaften, so daß keine aufwendige HPLC-Tech- nik notwendig ist und die vor allem für großtechnischen Ein¬ satz wesentlich günstigere FPLC-Technik verwendet werden kann.
i) Der Grad der Fehlpaarungen der schweren und leichten Ig- Ketten bei Ratte/Maus Quadromen kann mittels speziesspezi¬ fischer Antiseren (die selektiv die leichten und schweren Ketten erkennen) , bestimmt werden.
Die Summe all dieser Verbesserungen kompensiert den eingangs erwähnten Nachteil der Quadrom-Technologie der geringen bsAk Ausbeute und und bringt die unbestrittenen Vorteile dieses Verfahrens zum tragen. Das hier vorgestellte Verfahren kann wesentlich dazu beitragen die enormen Mengen von bsAk kosten¬ günstig bereitzustellen, die für einen Durchbruch der bsAk Therapie in der Klinik notwendig sind.
Protein A ist ein Zellwandbestandteil von Staphylococcus au- reus und bindet an die Fc Region von Immunglobulinen einer Reihe von Species und Subklassen mit unterschiedlicher Affini¬ tät. Es ist eine Polypeptidkette von 42KDa Größe und enthält fünf Domänen. Vier stark homologe Domänen, von denen jede ein¬ zelne einer monovalenten Fc-bindenden Domäne entspricht, sind aufeinanderfolgend angeordnet. Mittels Trypsinverdau können aktive Fragmente isoliert werden die diesen homologen Domänen entsprechen und eine Größe von 7 KDa besitzen. Die Fragmente binden an den Fc Teil von Immunglobulinen mit einer Stöchiome- trie von 2 : 1. Aus kristallographischen Daten konnte Deiεen- hofer [9] ableiten, daß ein derartiges Protein A Fragment an einer Stelle zwischen der CH2 und CH3 Region unter Mitwirkung einiger Aminosäurenreste einer C-proximalen Ausstülpung der CH2 Region bindet. Zusammengefaßt läßt sich sagen, daß offensichtlich zwei Im- munglobuline an ein Protein A Molekül binden, wobei vier homo¬ loge Domänen des Protein A Moleküls beteiligt sind. Es ist daher möglich als Säulenmaterial Fragmente von Protein A einzusetzen,welches mindestens zwei zusammenhängende Frag¬ mente B (Bindungsdomänen) enthält.
Die Erfindung wird in folgenden an Hand der Figuren mit Hilfe der Beispiele näher erläutert.
Dabei zeigt die Fig. 1 alle von Hybrid-Hybrido zellen sezer- nierten Antikörpervarianten. Die Fig. 2 zeigt den Verlauf der bsAk Reinigung über Protein A. Die Fig. 3 und 4 zeigen die Zu¬ sammensetzung der beiden Peaks von Fig. 2.
Beispiel 1
Der erst bsAk wird von einem Quadrom produziert, das durch die Fusion zweier Hybridomzellen unterschiedlicher Spezies herge¬ stellt wurde.
Die Ausgangsklone produzieren 1) einen Anti-Maus-CD3 Rattenan¬ tikörper der Subklasse IgG2b sowie 2) einen Anti-Maus-Thy-1.2 Mausantikörper der Subklasse IgG2a.
Ein Liter Kulturüberstand des bsAk wurde auf pH 7 eingestellt und mit einem 0,2 mm Filter sterilfiltriert. Übernacht wurde der so behandelte Kulturüberstand über eine 5ml Protein A - Säule geleitet und anschließend mit 10 Säulenvolumen PBS unge¬ bundene Serumbestandteile sowie die an Protein A nicht binden¬ den parentalen Rattenantikörper und homo Fc-Varianten ent¬ fernt. Mit auf pH 5.9 eingestelltem 0,1M NaCitratpuffer wurde daraufhin der bsAk eluiert. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Korngröße des Trägermaterials an welches das Protein A gebun¬ den ist < 50 μm ist. Im Vergleich zu Trägermaterialien mit 100 μm Korngröße konnten auf diese Weise wesentlich schärfere Elu- tionspeaks erreicht werden. Der relativ hohe pH stellt in die¬ sem Fall sicher, daß sich ausschließlich Antikörpervarianten mit hetero- Fc (CH2-CH3/CH2 •-CH3 ')-Konfiguration im Eluat be¬ finden. Da nur eine Bindungsdomäne des Protein A-Moleküls an die von der Maus stammende CH2-CH3 Region im bsAk bindet, ist bereits ein Absinken des pH von 7 auf 5,85 ausreichend für ein Ablösen der bsAk. Zur abschließenden Regeneration des Protein A's wird auf pH 3,5 justierter 0,1M NaCitratpuffer über die Säule geleitet wodurch sich auch die gebundenen homo- Fc (CH2- CH3)2 Varianten murinen Ursprungs ablösen. Die höhere Bin¬ dungsaffinität der parentalen Mausantikörper und der homo-Maus Fc Varianten beruht dabei auf der zusätzlichen zweiten in- teragierenden Protein A Bindungsdomäne. Der Verlauf der bsAk- Reinigung über Protein A, ist in Fig. 2 gezeigt.
Die Reinheit der bsAk (pH 5,85) - und parentalen Mausantikör¬ per (pH 3,5)- Fraktion wurde mit Hilfe einer Mono S Kationen- austauschersäule (Fig. 3 und 4) sowie im ELISA überprüft.
Durch unterschiedliche Verzuckerungen der Antikörper wird ein Peak welcher einer Protein A Elutionsfraktion entspricht bei der KA-Chromatographie in mehrere Peaks aufgespalten (siehe Fig. 3, bei der der reine bsAk nach Bsp.l, in mehrere Peaks zerfällt) .
Fig. 4 zeigt die Zusammensetzung der parentalen Mausantikör¬ per. Fehlpaarungen sind in den Peaks 3 enthalten. BsAk sind in den Peaks 4 als Spurbestandteile enthalten. Aus diesem Dia¬ gramm ergibt sich die Erkenntnis daß Fehlpaarungen im Gegen¬ satz zu Maus/Maus-Quadromen wesentlich eingeschränkt vorhanden sind. Daher eignet sich diese modifizierte Quadrommethode bei welcher unterschiedliche Hybridome verschmolzen werden, beson¬ ders zur Herstellung von bsAk.
Definition der pH-Bereiche.
1. Unterhalb von pH 5 beginnt die Ablösung der parentalen Maus IgG2a Antikörper. Unterhalb von pH 6.8 beginnt die Ablösung der bsAk. 2. Oberhalb von pH 5.2 keine Ablösung von parentalen IgG2a Mausantikörpern (< 2 %) .
Bei pH 6 quantitative Elution der bsAk, nach längerer Ver¬ weildauer des Elutionspuffers mit geringerer bsAk Konzen¬ tration.
3. Optimaler Bereich (pH 5.8 + 0.2) mit kurzer Elutionszeit und maximaler bsAk Konzentration . Es hat sich gezeigt daß Protein A auf grobkörnigem Träger mit Durchmesser > 100 μm schlechter zur Trennung geeignet ist als Protein A auf Trä¬ ger < als 50 μm.
Anmerkungen zur Kationenaustauscherchromatographie: Die Lauf- bedingungen der Mono S Läufe waren identisch. Es wurde ein NaCl-Gradient von 50 - 800 mM verwendet, wobei der pH mittels 50 mM MES bei pH 5,5 konstant gehalten wurde.
Abschätzungen der Mengenverhältnisse der einzelnen Antikörper¬ varianten im Kulturüberstand des heterologen Hybrid-Hybridoms (G2).
Zur Abschätzung der prozentualen Mengenverhältnisse der ein¬ zelnen Antikörpervarianten wurden 1. die Flächen unter den einzelnen klar definierten Peaks der Mono S-Läufe herangezogen und 2. die ELISA-Daten der einzelnen Peaks berücksichtigt. Für das Quadrom G2 konnte mit diesen Methoden ein Wert von 20 - 25 % richtig gepaarten bsAk bestimmt werden, was einer Steige¬ rung der bsAk-Ausbeute um das 2,5-fache, gegenüber konventio¬ nellen Maus/Maus Quadromen, entspricht. Da ein Wert von 33% für die bsAk-Fraktion aufgrund der freien Paarung von schweren Maus und Ratten Ig-Ketten in der Quadromzelle nicht über¬ schritten werden kann, befindet man sich mit 20 - 25 % Aus¬ beute bereits nahe der optimalen Ausbeute. Beispiel 2a
Dieses Beispiel zeigt, daß selbst innerhalb einer Species die Ein-Schritt Reinigung der bsAk-Komponente über Protein A mög¬ lich ist. In diesem Fall muß einer der beteiligten Ausgangsan¬ tikörper eine Subklasse besitzen, die nicht an Protein A bin¬ det. In unserem konkreten Beispiel ist der bsAk aus zwei huma¬ nisierten Antikörpern zusammengesetzt. Dabei wurden in Klon A die ursprünglich murinen Sequenzen der CH2-CH3 Domänen durch die humanen Sequenzen der Subklasse IgGl ersetzt. In Klon B dagegen wurden die ursprünglichen Rattensequenzen der CH2-CH3 Domänen durch humane Sequenzen der Subklasse IgG3 ersetzt. Die humane Subklasse IgG3 stellt hierbei den an Protein A nicht¬ bindenden Anteil des bsAk.
Prinzipiell kann die humane Subklasse IgGl in diesem Beispiel durch jede weitere an Protein A bindende humane Subklasse er¬ setzt werden.
Die Reinigung der bsAk aus dem Kulturüberstand eines derarti¬ gen Quadroms, kann grundsätzlich nach dem in Bsp.l gezeigten Protokoll erfolgen.
Beispiel 2b
In dieser Variante von Beispiel 2a handelt es sich um bsAk zweier vollständig humanisierter Antikörper von denen ein Partner die CH2-CH3 Region der humanen Subklasse IgG3 besitzt. Wenn berücksichtigt wird, daß die andere am bsAk beteiligte humane Subklasse an Protein A bindet, kann das hier vorge¬ stellt Reinigungsprinzip auf einen derartigen humanen Antikör¬ per ebenfalls angewendet werden.
Beispiel 3
In Beispiel 3 wird gezeigt, daß durch die Fusion geeigneter Ausgangsklone der Vorteil der hier beschriebenen Reinigungsme¬ thode mit einer gewünschten monovalenten Bindung des bsAk kom¬ biniert werden kann. In diesem konkreten Fall würde ein Rat¬ tenantikörper mit einer interessanten Spezifität mit einem Mausantikörper, einer in dem jeweiligen in vitro- oder in vivo-System irrelevanten Spezifität, fusioniert werden. Der parentale bivalente Rattenantikörper würde wiederum aufgrund seiner fehlenden Bindung an Protein A bereits bei der Beladung der Protein A-Säule abgetrennt werden. Eine möglichst hohe Ausbeute ist in diesem Beispiel ebenfalls aufgrund der präfe- rentiellen Paarung der schweren und leichten Kette der Ratte miteinander gewährleistet. Ein weiterer Vorteil der hier be¬ schriebenen Variante ist die durch die Maussubklasse IgG2a hinzugewonnene Effektorfunktion des bsAk, falls der beteiligte Rattenantikörper der Subklasse IgG2a oder IgGl angehören sollte.
Beispiel 4
In Beispiel 4 wird die Kombination eines, gegen ein humanes Antigen gerichteten monoklonalen Antikörpers, mit einem gegen ein murines Antigen gerichteten Antikörpers, behandelt .Ein derartiger bsAk könnte
1. durch geeignete Wahl der Species bzw. Subklassen der betei¬ ligten monoklonalen Antikörper, die Vorzüge der hier vorge¬ stellten Erfindung zur Reinigung von bsAk sowie der erhöh¬ ten, korrekten schwere/leichte Immunglobulinkettenpaarung bei Maus/Ratte-Quadromen, nutzen,
2. aufgrund seiner eingangs erwähnten Spezifitaten im Menschen bzw. der Maus jeweils nur mit einem Bindungsarm (monovalent) binden. Eine Eigenschaft die für bestimmte Therapieformen, wie z. B. die Depletion von bestimmtem Lymphozy- tenpopulationen, von Bedeutung ist,
3. durch geeignete Subklassenwahl der beteiligten Antikörper bestimmte Effektorfunktionen besitzen,
4. präklinisch auf seine Biokompatibilität in der Maus ge¬ testet werden und damit Rückschlüsse auf seine Eigenschaften im Menschen gezogen werden. Beispiel 5
Nachdem Rousseaux 1981 [13] gezeigt hat, daß die Rattensub¬ klasse IgG2c als einzige der Rattensubklassen an Protein A bindet, könnten bsAk von Ratte/Ratte Quadromen, bei denen ei¬ ner der Fusionspartner die Rattensubklasse IgG2c produziert, ebenfalls nach dem in Bsp 1 vorgestellten Protokoll gereinigt werden. Dies wäre gleichzeitig die erste Reinigungsmethode für bsAk der Ratte, mittels Protein A.
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Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von heterologen bispezifischen Antikörpern mit folgenden Verfahrensschritten: a) Erzeugung eines Quadroms fusioniert aus Hybridomen von denen eines Antikörper (1) produziert welche eine Affi¬ nität zur Bindungsdomäne von Protein A besitzen und von denen das andere Hybridom Antikörper (2) produziert wel¬ che eine im Vergleich zum Antikörper (1) eine schwächere oder keine Affinität zur Bindungsdomäne von Protein A besitzen, b) Vermehrung und Kultivierung der Quadrome in üblicher Weise, c) Auftragen des Quadrom-KulturüberStands auf eine Säule, welche mit einem Material beschichtet ist, das Bindungs¬ domänen von Protein A als funktionelle Gruppen enthält, d) Auswaschen der nicht gebundenen Proteine im entsprechen¬ den pH-Bereich und e) Elution der bsAk in einem pH-Bereich der mindestens 0.5 Einheiten über dem pH liegt, bei dem die Antikörper mit stärkeren Affinität zur Bindungsdomäne von Protein A noch gebunden sind.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikörper (1) ein
- Mausantikörper der Subklasse IgG2a, IgG2b, IgG3, ein - humaner oder humanisierter Antikörper der Subklasse IgGl, IgG2, IgG4 oder ein Rattenantikörper der Subklasse IgG2c ist.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet daß der Antikörper (2) ein
Rattenantikörper der Subklasse IgGl, IgG2a, IgG2b, IgG3 oder ein humaner oder humanisierter Antikörper der Subklasse IgG3 ist.
4. Heterologer bsAk herstellbar gemäß einem der Patentansprü¬ che 1 bis 3, bestehend aus Mausantikörper der Subklasse IgG2a fusioniert mit Rattenantikörper der Subklasse IgG2b.
5. Heterologer bsAk herstellbar gemäß einem der Patentansprü¬ che 1 bis 3, bestehend aus humanem oder humanisiertem Anti¬ körper der Subklasse IgGl fusioniert mit humanem oder huma¬ nisiertem Antikörper der Subklasse IgG3.
6. Heterologer bsAk herstellbar gemäß einem der Pa¬ tentansprüche 1 bis 3, bestehend aus Rattenantikörper der Subklasse IgG2c fusioniert mit Rattenantikörper der Sub¬ klasse IgG2b.
7. Heterologer bsAk herstellbar gemäß einem der Patentansprü¬ che 1 bis 3, bestehend aus humanem oder humanisiertem Anti¬ körper der Subklasse IgGl, IgG2 oder IgG4 fusioniert mit Rattenantikörper der Subklasse IgG2b, IgG2a, IgGl oder IgG3
8. Heterologer bsAk herstellbar gemäß einem der Patentansprü¬ che 1 bis 3, bestehend aus Rattenantikörper der Subklasse IgG2c fusioniert mit humanem oder humanisiertem Antikörper der Subklasse IgG3
9. Heterologer bsAk herstellbar gemäß einem der Patentansprü¬ che 1 bis 3, bestehend aus Mausantikörper der Subklasse IgG2a, IgG2b, IgG3, fusioniert mit humanem oder humanisier¬ tem Antikörper der Subklasse IgG3.
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