ADC의 DAR을 높이면 무조건 좋을까요?
High-DAR ADC의 Hydrophobicity와 pSar Linker 전략

Antibody-Drug Conjugate에서 한 antibody에 더 많은 payload를 결합하면 약물 전달량을 높일 수 있습니다. 하지만 DAR(Drug-to-Antibody Ratio)을 높이는 과정에서 ADC의 hydrophobicity도 함께 증가할 수 있으며, 이는 aggregation, pharmacokinetics 및 in-vivo performance에 영향을 줄 수 있습니다.

DAR이란 무엇일까요?

DAR은 하나의 antibody molecule에 평균적으로 몇 개의 drug molecule이 결합되어 있는지를 나타냅니다.

예를 들어 DAR 4 ADC라면 평균적으로 antibody 하나에 4개의 payload가 conjugation되어 있다는 의미입니다.

직관적으로 생각하면 DAR을 높여 더 많은 cytotoxic payload를 전달하는 것이 좋아 보일 수 있습니다.

하지만 ADC에서는 단순히 payload 숫자만 중요한 것이 아닙니다.

High DAR의 문제 — Hydrophobicity

ADC에 사용되는 cytotoxic payload 중 상당수는 hydrophobic한 특성을 가집니다.

따라서 antibody에 payload를 많이 붙일수록 전체 ADC molecule의 hydrophobicity가 증가할 수 있습니다.

Hydrophobicity 증가는 다음과 연결될 수 있습니다.

✓ Aggregation 증가

✓ Aqueous solubility 저하

✓ Non-specific interaction 증가

✓ Faster systemic clearance

✓ Pharmacokinetic profile 변화

✓ 결과적으로 in-vivo efficacy에 불리한 영향

해결 아이디어 — Payload 주변에 Hydrophilic Shield를 만든다면?

이 문제를 해결하는 한 가지 방법은 ADC linker에 hydrophilic component를 추가하는 것입니다.

Hydrophobic payload 주변에 친수성 구조를 배치해 전체 conjugate의 hydrophobic character를 완화하는 것입니다.

오랫동안 대표적으로 사용되어 온 소재 중 하나가 PEG이지만, 최근에는 polysarcosine(pSar)도 bioconjugation용 hydrophilic linker로 연구되고 있습니다.

Polysarcosine(pSar)이란?

Sarcosine은 N-methyl glycine이며, 이를 반복적으로 연결한 구조가 polysarcosine입니다.

pSar는 hydrophilic한 polypeptoid 계열 polymer로 bioconjugation이나 drug-delivery system에서 hydrophilic spacer 또는 masking group으로 연구되고 있습니다.

특히 구조가 명확한 monodisperse pSar를 사용하면 chain length와 linker architecture를 보다 정밀하게 설계할 수 있다는 장점이 있습니다.

DAR 8 ADC에 pSar를 넣어보면?

Viricel 연구진이 2019년 Chemical Science에 발표한 연구에서는 monodisperse pSar를 hydrophilic masking entity로 사용해 highly loaded homogeneous DAR 8 ADC를 제작했습니다.

연구 결과 pSar-containing drug-linker architecture는 high drug loading 조건에서 ADC의 physicochemical properties를 개선했으며, pharmacokinetics와 in-vivo antitumor efficacy에서도 unmasked comparator 대비 개선된 결과를 보였습니다.

즉 중요한 것은 단순히 DAR을 낮추는 것이 아니라 높은 DAR을 유지하면서 hydrophobicity를 어떻게 관리할 것인가라는 새로운 설계 전략입니다.

흥미로운 점 ① pSar의 위치도 중요합니다

같은 pSar를 사용하더라도 linker architecture에 따라 hydrophobic masking 효과가 달라질 수 있습니다.

해당 연구에서는 payload와 pSar가 보다 orthogonal하게 배치된 구조가 보다 linear한 arrangement보다 효과적인 hydrophobic shielding을 나타냈습니다.

이는 ADC linker 개발에서 어떤 molecule을 사용했는가뿐 아니라 어디에 배치했는가도 중요하다는 것을 보여줍니다.

흥미로운 점 ② Longer Is Not Always Better

Hydrophilic polymer라면 chain을 길게 만들수록 항상 masking 효과가 좋아질 것 같지만 실제 결과는 그렇게 단순하지 않았습니다.

연구에서는 pSar chain length에 따라 ADC performance가 달라졌고, 적절한 chain-length window가 존재했습니다.

따라서 ADC linker optimization에서는 polymer identity × chain length × linker topology × payload를 함께 고려해야 합니다.

PEG와 pSar는 어떻게 다를까요?

pSar Linker를 설계할 때 고려할 요소

Chain Length
pSar3, pSar6, pSar8, pSar10, pSar12, pSar16, pSar24 등 목적에 맞는 길이를 검토합니다.

Terminal Functionality
Amine, carboxyl, azide, maleimide 등 conjugation chemistry에 맞는 functional group이 필요합니다.

Topology
Payload와 pSar의 상대적인 배치가 shielding 효과에 영향을 줄 수 있습니다.

Payload Hydrophobicity
사용하는 cytotoxic drug의 physicochemical property를 함께 고려해야 합니다.

Target DAR
목표 DAR과 hydrophobicity 사이의 균형을 평가해야 합니다.

Precise PEG pSar Linker Portfolio

Precise PEG는 현재 다양한 chain length와 terminal functionality를 가진 monodisperse pSar linker를 제공합니다.

Ac-pSar, Boc-pSar, azide-functionalized pSar, maleimide-containing pSar 등 다양한 구조를 선택할 수 있으며 custom linker synthesis도 가능합니다.

따라서 ADC뿐 아니라 protein conjugation, drug delivery 및 기타 bioconjugation 연구에도 활용할 수 있습니다.

ADC Linker 또는 Bioconjugation Chemistry를 개발하고 계신가요?

알앤디메이트에서는 ADC linker, PEG/pSar spacer, click chemistry reagent 및 bioconjugation building block을 검토합니다.

Payload, 목표 DAR, 필요한 chain length, conjugation chemistry와 terminal functionality를 알려주시면 적합한 linker 및 custom synthesis option을 함께 검토해 드립니다.