Analyse de signaux de résonance de plasmon de surface pour faire le suivi de la qualité des anticorps monoclonaux issus de cultures cellulaires

Les anticorps monoclonaux (MAbs) produits par culture de cellules animales sont l’un des outils les plus puissants et polyvalents de la médecine moderne, et sont utilisés pour traiter de nombreuses maladies chroniques et cancers. Le profil de glycosylation des anticorps est l’un de leurs attributs de qualité majeurs. Il doit être caractérisé par les biomanufacturiers de MAbs pour démontrer la répétabilité de leurs procédés de production. Durant la synthèse des anticorps par des cellules, des chaînes de glycanes sont ajoutées sur deux sites de la région Fc des anticorps. L’identité de ces glycanes a un fort impact sur l’efficacité thérapeutique et l’innocuité des traitements basés sur les anticorps. Cette thèse porte sur le développement d’une approche permettant le suivi du profil de glycosylation des MAbs durant leur production par culture cellulaire, un défi toujours non résolu malgré l’importance de la glycosylation sur la qualité des MAbs. On propose ici d’utiliser des données recueillies à l’aide d’un biocapteur à résonance de plasmon de surface (SPR) pour corréler les cinétiques d’interaction entre un anticorps et un récepteur Fc au profil de glycosylation. La SPR a fait ses preuves comme technique sensible et efficace pour étudier les cinétiques d’interaction entre une protéine immobilisée sur une surface métallique (ligand) et une protéine injectée en solution (analyte). Cependant, son potentiel comme outil de suivi de la qualité reste à démontrer. Le principal défi du projet était que les cultures cellulaires mènent à des préparations d’anticorps qui présentent un haut degré d’hétérogénéité quant à leur glycosylation. Comme la glycosylation influence les cinétiques et l’affinité de l’interaction anticorps-récepteur, des algorithmes d’analyse de sensorgrammes SPR multi-analytes ont dû être développés. En effet, il s’avérait impossible d’injecter des solutions homogènes sur la surface du biocapteur, comme on le ferait typiquement en SPR pour déterminer les cinétiques d’interaction entre un analyte donné (anticorps) et son ligand (récepteur). Le projet visait à étendre les algorithmes traditionnels au cas où

Abstract

Monoclonal antibodies (MAbs) produced via animal cell culture are one of the most powerful and versatile tools of modern medicine, and they are indicated against numerous chronic illnesses and cancers. The glycosylation profile of antibodies is one of their major quality attributes. It must be characterized by MAb biomanufacturers to ensure the repeatability of their production processes. During antibody synthesis by cells, glycan chains are added at two sites on the Fc region of antibodies. The identity of these glycans has a great impact on the therapeutical efficacy and toxicity of antibody-based treatments. This thesis pertains to the development of an approach allowing the monitoring of MAb glycosylation during their production via cell culture, a challenge that remains unresolved despite the great importance of Mabs glycosylation on their quality. Here, we propose to use data collected with a surface plasmon resonance (SPR) biosensor to correlate the interaction kinetics between an antibody and a Fc receptor and the glycosylation profile. SPR has proven itself as a sensitive and effective technique to study the interaction kinetics between a protein immobilized on a metallic surface (ligand) and a protein injected in solution (analyte). However, its potential as a quality monitoring tool remains to be demonstrated. The main challenge of this project was that cell cultures lead to antibody mixtures with a high degree of glycosylation heterogeneity. Because glycosylation influences the kinetics and affinity of the antibody-receptor interaction, algorithms for the analysis of multi-analyte SPR sensorgrams needed to be developed. Indeed, it was impossible to inject homogeneous solutions on the biosensor surface, as we would typically do when using SPR to identify the interaction kinetics between a given analyte (antibody) and its ligand (receptor). The project aimed to extend the traditional algorithms to the case of