Les formats alternatifs aux anticorps : Fragments et nouvelles charpentes

Abstract

Les anticorps sont désormais devenus d’une utilisation courante dans un large champ thérapeutique qui n’est plus restreint à la cancérologie et à l’inflammation. Cette explosion du domaine conduit à des besoins nouveaux qui peuvent être mieux remplis par des molécules inspirées mais différentes des anticorps classiques. En particulier, la molécule anticorps a de multiples fonctions qui ne sont pas toujours nécessaires, comme sa capacité à recruter les cellules du système immunitaire, à se lier de façon bivalente à sa cible ou à présenter une demi-vie plasmatique élevée. En revanche, dans la grande majorité des applications, sa remarquable capacité à reconnaître spécifiquement sa cible moléculaire et surtout sa diversité de reconnaissance doivent être conservées. De plus, les anticorps sont des molécules de très haut poids moléculaire, coûteuses à produire et qui présentent des propriétés physicochimiques limitées ne permettant pas leur utilisation dans des milieux agressifs. Finalement, dans certaines applications thérapeutiques, la grande taille de la molécule (environ 150 kDa) peut également limiter sa diffusion dans les tissus et empêcher la reconnaissance de certaines structures moléculaires peu accessibles. Pour répondre à ces limitations, de nombreux formats alternatifs aux anticorps entiers ont été développés au cours de ces vingt dernières années. Les applications couvrent les domaines de la biotechnologie, du diagnostic in vitro et in vivo et de la thérapie. Deux grandes familles de molécules permettent de couvrir ce champ et seront présentées dans cette mini-revue. Une première famille s’appuie sur la diversité naturelle des anticorps mais en en réduisant la taille, comme les fragments d’anticorps classiques (Fab, scFv) ou ceux provenant des camélidés ou des requins (VHH, V-NAR). La deuxième famille a été développée en partant des propriétés finales désirées et notamment la stabilité en milieu extrême et la productivité en système simple et économique de production comme l’utilisation de bactéries et en y greffant des propriétés de liaison comparables aux anticorps par des méthodes d’évolution moléculaire dirigée in vitro. Cette mini-revue se concentrera sur les molécules les plus avancées, mais le domaine est en très forte et rapide expansion. Il faut noter que beaucoup de ces molécules, voire ces approches, sont couvertes par des brevets et sont souvent développées dans le cadre de jeunes sociétés innovantes dont certaines ont déjà été rachetées par de grands groupes de la pharmacie.

Antibodies are now recognized as routine molecules in many therapeutic fields, no longer restricted to oncology and inflammation. This explosion of the field leads to new needs that can be better fulfilled by molecules inspired but different from conventional antibodies. In particular, the antibody molecule has multiple functions that are not always necessary, such as its ability to recruit immune system cells, its bivalency, or its high plasma half-life. However, in most applications, its remarkable ability to recognize almost any molecular partner with high affinity and specificity must be preserved. In addition, antibodies are very large molecules, expensive to produce and having limited physicochemical properties that limit their use in aggressive media. Finally, in certain therapeutic applications, the large size of the antibody molecule may also limit its diffusion in tissues and prevent the recognition of some poorly accessible molecular structures. To address these limitations, many alternative formats to whole antibodies have been developed over the last twenty years. These new formats have found applications in many fields like biotechnology, in vitro and in vivo diagnosis, and therapy. Two large families of molecules cover this field and will be presented in this mini-review. The first family is based on antibody by reducing its size, such as classical antibody fragments (Fab, scFv) or those derived from camels or sharks (VHH, V-NAR). The second family was developed by first identifying frameworks fulfilling the desired properties, in particular the stability in extreme medium and the productivity in simple and economic systems like bacteria, then by grafting binding properties comparable to antibodies using methods based on in vitro directed molecular evolution techniques. This mini-review will focus on the most advanced molecules but the field is quickly evolving. It should be noted that many of these molecules, or even these approaches, are covered by patents and are often developed by young innovative companies, some of which have been already bought by large pharmaceutical groups.