Integrated approach to determine equivalence in complex drug mixtures

Massachusetts Institute Of Technology, Cambridge MA

Investigators

Linked publications & trials

Abstract

PROJECT SUMMARY  Heterogeneity and complexity of biopharmaceutical agents developed over the past decade or so can be defined  at two levels. First, in the case of protein systems such as monoclonal antibodies, the primary source of heterogeneity  arises  from  glycosylation  post?translational  modifications  mainly  at  the  conserved  N?linked  glycosylation  sites  in  the  constant  (Fc)  region  of  the  heavy  chain.  The  Fc  glycosylation  plays  a  role  in  maintaining  antibody  stability  and  also  contributes  to  binding  with  Fc  gamma  receptor  isoforms  that  in  turn  mediate  effector  functions  such  as  antibody  dependent cellular cytotoxicity (ADCC). Second, in the case of complex drugs such as heparin or low molecular weight  heparin (LMWH) etc. the main component of the drug is a heterogeneous mixture of linear (in the case of heparin) or  branched glycan polymers with a molecular weight and anionic charge distribution. Developing follow?on (or generic)  versions of such complex biopharmaceutical mixtures is therefore in constant need for new technologies to define and  characterize these mixtures as comprehensively as possible from the standpoint of chemical and biological equivalence.  Despite  these  advances,  there  remain  gaps  in  linking  glycosylation  heterogeneity  with  antibody  efficacy  and  adverse effects such as those related to host immune response to a human antibody generated in a non?human cell line.  In the case of complex glycan drugs such as heparin and LMWH, there is a larger gap in linking mixture properties with  biological action of the drug. For example, despite the fact that heparin has been quality controlled and used in clinic for  several decades, a serious global health crisis associated with administration of heparin emerged in early March 2008  which was later identified by us and others to be associated with an unnatural glycosaminoglycan contaminant species.  We have extensive experience in characterizing complex biopharmaceutical mixtures in terms of their structural  attributes  and  how  these  attributes  impinge  on  their  function.  A  central  component  of  our  approach  is  the  ability  to  employ  a  computational  framework  that  we  had  built  over  the  past  decade  or  so  in  integrating  diverse  datasets  pertaining  to  complex  glycan  mixtures.  This  framework  permitted  us  to  incorporate  orthogonal  datasets  including  analytical and functional data to get to the bottom of structure?function relationships of complex glycan mixtures. In this  proposal  we  seek  to  build  on  this  computational  platform  and  our  extensive  experience  to  build  a  robust  set  of  integrated  tools  and  algorithms  to  determine  the  extent  of  characterization  required  for  establishing  equivalence  for  therapeutics that are used in the clinic. Through the studies proposed here, we believe that we will make a contribution  towards  determining  criteria  for  sufficiency  in  characterization  of  complex  therapeutic  agents  in  establishing  equivalence.