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        淺析TNF-α抗體及其代表產(chǎn)品Humira的專利布局

        2014-10-31 04:57:50武雪梅羅洋曲凱范東升時彥衛(wèi)
        中國醫(yī)藥生物技術 2014年4期
        關鍵詞:雅培專利申請單抗

        武雪梅,羅洋,曲凱,范東升,時彥衛(wèi)

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        淺析TNF-α抗體及其代表產(chǎn)品Humira的專利布局

        武雪梅*,羅洋*,曲凱,范東升,時彥衛(wèi)

        100190 北京,國家知識產(chǎn)權局專利局專利審查協(xié)作北京中心

        編者按

        近年,知識產(chǎn)權,特別是專利在促進我國醫(yī)藥生物技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用越來越大。隨著我國國家知識產(chǎn)權戰(zhàn)略的逐步推進,醫(yī)藥企業(yè)實現(xiàn)由仿制向自主創(chuàng)新的模式轉變將成為大勢所趨。為了能及時有效地保護科研人員的智力成果,申請專利是最佳選擇。為了幫助廣大醫(yī)藥工作者進一步了解醫(yī)藥及生物領域知識產(chǎn)權保護的政策和法律法規(guī),提高發(fā)明專利申請文件的質量,了解專利局的審查實踐,更好地做好專利申請工作。我刊特邀了國家知識產(chǎn)權局專利局專利審查協(xié)作北京中心相關專家撰寫了系列講座,希望能夠對醫(yī)藥企業(yè),科研院所的相關工作人員提供一定的幫助。

        TNF-α 是一種主要由巨噬細胞和單核細胞表達的多功能細胞因子,具有引發(fā)和放大機體對感染的防御反應并且促進其他抗炎癥介質產(chǎn)生的能力,在炎癥反應中起到“哨兵”的作用。基于相同的機制,高濃度或異常表達的 TNF-α 也會導致過度炎癥反應和器官損傷,從而引發(fā)疾病,比如類風濕性關節(jié)炎、克羅恩病和銀屑病等[1]。通過開發(fā) TNF 拮抗劑治療相關疾病成為了制藥領域的熱點。目前已知的 TNF 拮抗劑有 Humira(adalimumab,阿達木單抗)、Remicade(inflixima,英夫利昔單抗)、Enbrel(etanercept,依那西普)、Cimzia(certolizumab,賽妥珠單抗)和 Simponi(golimumab,戈利木單抗)。在 GEN 進行的 2013 年最暢銷的 25 個藥物評選中,有 3 個是靶向腫瘤壞死因子TNF-α 的藥物,包括最暢銷藥物 Humira,銷量分別排名第二、第五的 Remicade 和 Enbrel。三者的銷售額分別達到106.59、89.44和 83.25 億美元,比 2012 年的銷售額分別增長了 15%、8.9% 和 4.5%[2]。

        Evaluate Pharma 預測到 2016 年,Humira 的銷售額仍將穩(wěn)居全球之首。Humira 是由 BASF 生物研究公司和劍橋抗體技術(CAT)合作研發(fā)的 TNF-α 全人單克隆抗體,通用名阿達木單抗,曾用名 D2E7[3]。2000 年雅培制藥公司(Abbott)收購 BASF Knoll,將該抗體市場化。該藥物于 2002 年被美國食品藥品管理局(FDA)批準并于 2003 年獲得歐洲藥品管理局(EMEA)批準。最初,該藥物僅被用于類風濕性關節(jié)炎(RA)的治療,隨后適應證迅速擴展到銀屑病關節(jié)炎(PsA,2005 年)、強直性脊柱炎(AS,2005 年)、克羅恩病(CD,2007 年)、斑塊狀銀屑病(Ps,2008 年)以及青少年特發(fā)性關節(jié)炎(JIA,2008 年)。2012 年,F(xiàn)DA 又批準將其適應證擴展到潰瘍性結腸炎(UC)[4]。目前由雅培拆分出來的艾伯維(AbbVie)銷售。Humira 于 2010 年在中國上市,目前在中國已經(jīng)獲批用于類風濕性關節(jié)炎和強制性脊柱炎。

        本文通過對 TNF-α 抗體的整體專利申請狀況和熱銷產(chǎn)品 Humira 的專利申請狀況進行對比,挖掘 Humira 在較晚進入 TNF-α 抗體領域情況下采取了何種專利申請布局,希望給相關企業(yè)提供一定的技術啟示和專利策略。

        1 Humira 和 TNF-α 抗體的全球專利申請狀況對比分析

        在德溫特專利數(shù)據(jù)庫(WPI)中進行檢索,檢索截止日為 2014 年 4 月 11 日,其中關于 TNF-α 抗體的全球專利申請共計 1707 項,雅培制藥公司(Abbott)和艾伯維(AbbVie)涉及 Humira 的全球專利申請共 101 項。

        1.1 專利申請趨勢分析

        從圖 1 可以看出,Humira 專利申請始于 1996 年,1997 – 2004 年專利申請呈年代的零散分布,從2005 年開始申請量增長極為迅速,2006 年達到頂峰,后續(xù)申請量的發(fā)展較為平緩。

        為了便于比較,筆者給出世界范圍的 TNF-α 抗體的專利申請年代分布,全球第一件涉及 TNF-α 抗體的專利申請于 1984 年提出,其后十年間并未呈現(xiàn)明顯的增長趨勢。直至 20 世紀 90年代中葉,隨著技術的進步,TNF-α 抗體的專利申請量出現(xiàn)了井噴式發(fā)展,結合圖 1 和圖 2 可知,正是在這種研究熱潮之下,1996 年,Humira 作為一種針對 TNF-α 的抗體,也作為全球第一個全人單克隆抗體騰空出世。至 2005 – 2006年,全球范圍內(nèi)對 TNF-α 抗體的研發(fā)熱情達到頂峰,Humira 相關專利的申請數(shù)量也達到最高點并在其后進入了平穩(wěn)發(fā)展期。

        雖然 Humira 進入該領域的時間較晚,但是由于其首先占領了 TNF-α 全人抗體的技術制高點,最大程度地克服了非人源抗體的缺陷,從而異軍突起成為后起之秀,在銷量上領先于上市時間更早的 TNF-α 嵌合抗體 Remicade。

        專利申請量(件)16 14 12 10 8 6 4 2 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 年份

        專利申請量(件)180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 年份

        1.2 目標國布局分析

        Humira 相關專利申請中有 94.7% 是以 PCT 國際專利申請的形式提出,全球 TNF-α 抗體專利申請中僅有72.3% 是以 PCT 國際專利申請的形式提出。通過該比對可以明顯看出雅培公司對 PCT 國際專利申請的側重,也體現(xiàn)了雅培公司對 Humira 相關專利的重視。利用 PCT 專利申請這一方式,雅培公司獲得足夠的時間進行布局調(diào)整,其最早核心專利 WO9729131 總共包括 115 個同族,進入了包括中、美、日、歐、韓等在內(nèi)的 22 個國家或地區(qū),并利用優(yōu)先權和分案原則在各國先后提交了多個專利申請,其中中國就有 10 個后續(xù)的專利申請。

        圖 3 和圖 4 分別展示了 Humira 和全球 TNF-α 抗體相關的 PCT 申請進入中、美、日、歐、韓的比例??梢钥闯鯤umira 相關的 PCT 專利申請中,美國是首要的指定國,87.5% 的 PCT 相關申請進入了美國,其次是歐專局(占相關 PCT 申請總數(shù)的 75%)和日本(占相關 PCT 申請總數(shù) 63.9%)。與美、歐、日三大局相比,進入中國和韓國的申請數(shù)量均相對較少(分別占相關 PCT 申請的 55.6% 和 45.3%),但進入中國的專利申請中已經(jīng)囊括了其最具備應用價值和市場前景的專利申請:如涉及單抗本身及其治療用途的相關專利。與之相比,全球 TNF-α 抗體相關的PCT 專利申請中,75.1%進入了美國,67.6%進入了歐專局,51.1%進入了日本,34.1%進入了中國,23.3%進入了韓國。Humira 的 PCT 專利申請進入五國的比例均高于全球 TNF-α 抗體進入的比例,可見雅培對各國市場的重視。

        美國 歐洲 日本 中國 韓國 0% 20% 40% 60% 80% 100%

        美國 歐洲 日本 中國 韓國 0% 20% 40% 60% 80% 100%

        1.3 Humira 在中國的專利法律狀態(tài)分析

        中國專利申請的法律狀態(tài)主要有審查階段、授權后保護以及失效。與 Humira 相關的中國專利申請總共 73 件。授權后保護的有 14 件(占 19%),失效的有 10 件(占 14%),仍處于審查階段的有 49 件(占 68%)。已經(jīng)授權的專利囊括了 Humira 的全人單抗 D2E7、含 D2E7 的含水藥物制劑、D2E7 的主要適應證、抗體制備/純化方法等在內(nèi)。其中最早核心專利 WO9729131 于 1998 年進入中國并于 2006 年獲得專利授權,授權的權利要求覆蓋了抗體產(chǎn)品、藥用組合物、治療自身免疫病在內(nèi)的多種疾病的藥物制備用途,保護面非常廣,該專利將于 2016 年到期。仿制企業(yè)可以等該專利保護期滿后上報資料申請上市。WO2004016286 保護了包含 D2E7 的液體制劑,于 2005 年進入中國并于 2011 年獲得授權。WO2006125229 擴大適應證范圍,保護了包含 D2E7 抗體在內(nèi)的 TNF-α 抑制劑治療腐蝕性關節(jié)炎的用途,于 2007 年進入中國并于 2013 年獲得授權。目前仍處于審查階段的專利申請,主要是圍繞Humira 的高濃度注射制劑、抗體粉末、其他適應證、遞送方式等的外圍專利。對于正處于實審階段的申請,國內(nèi)相關藥企也應密切關注,通過研究已有工藝、劑型等,及時進行改進并申請自己的專利,另一方面則可以不符合專利法及其實施細則的相關規(guī)定提出合理的公眾意見,盡可能地在復審或司法程序前,將競爭方的保護范圍盡量縮小,以保證自身的市場地位。

        1.4 專利技術發(fā)展路線分析

        作為 TNF-α 抗體領域的明星產(chǎn)品,Humira 的專利申請涉及多個技術主題,包括產(chǎn)品、制備方法和用途。其中產(chǎn)品類型的專利申請占了總申請的半壁江山,比例高達 44%。相比較而言,制備方法和用途類型的專利申請較少,分別占 29% 和 27%。下面將著重分析 Humira 相關的產(chǎn)品和制備方法的專利技術路線。

        ⑴產(chǎn)品專利技術路線

        圖 5 反映了 Humira 產(chǎn)品專利的布局情況。1996 年,核心專利申請 WO9729131 問世,該申請通過噬菌體展示技術獲得了 TNF-α 的全人抗體 D2E7 抗體,即阿達木單抗,最大程度地克服了鼠源抗體的缺陷。由圖5 可以看出,繼該專利提出至 2005 年之間,沒有新的抗體結構研發(fā)出來,早期階段申請主要集中在組合物和藥物制劑的研發(fā)上。對于液體制劑的研究,雅培公司一直致力于解決高濃度蛋白質制劑易聚集、可溶性和穩(wěn)定性差的問題。WO2004016286 和 WO2009073569 分別對緩沖液系統(tǒng)和滲濾介質進行研究,提高蛋白濃度的同時降低了聚集。WO2012065072 繼續(xù)前期液體制劑的研究,提出高濃度抗 TNF-α 抗體制劑能夠顯著減輕注射疼痛。可見在液體制劑的蛋白濃度問題上,雅培公司步步為營,進行了持續(xù)而深入的研發(fā)。對于固體制劑而言,該公司著力于解決純蛋白質溶液進行干燥后的失活問題。除了產(chǎn)品制劑外,聯(lián)合用藥的專利申請起步也較早,且發(fā)明點通常是另外一種抗體/毒素,將 Humira 與之聯(lián)合用于同類疾病的治療,從而編織多層次的專利保護網(wǎng)。從雅培公司對于包含 Humira 的聯(lián)合用藥的申請來看,明顯有“專利圈地”的傾向,也即在獲得一種新的抗體或化學產(chǎn)品后,隨即將其與具備相同功能或相同疾病應用領域的其他藥物聯(lián)合使用并獲得專利保護。

        隨著基因重組技術的發(fā)展,針對 2 種或多種特異性抗原結合位點的人工抗體即雙價/多價抗體逐漸成為抗體工程領域的熱點。從年代分布來看,雅培公司以 Humira 為基礎的雙價/多價抗體的研究起步于 2009 年。早期的重組抗體多為二價抗體,如 WO2009149185 利用基因重組技術制備了雙重可變結構域免疫球蛋白(DVD-Ig)。WO2010006060 和 WO2013101972 采用相同方式制備了能同時結合 TNF-α 和 PEG2 的雙價抗體。隨著新抗體的出現(xiàn)以及抗體重組技術的純熟,研究人員開始構建三價乃至多價抗體。但是,除了對雙價/單價抗體的抗原結合能力進行驗證外,雅培公司并未對上述抗體作為藥物的效果進行驗證。可能是由于改變結構后的抗體藥物性能的研發(fā)需要較長時間,為了能盡快占領專利先機,在驗證了抗原結合能力后,雅培公司便立即提出了抗體的專利申請。

        圖 5 Humira 產(chǎn)品專利技術路線圖

        針對抗體的核心結構進行改造是獲得新抗體的一大途徑,然而,改造后的抗體需要通過漫長的臨床試驗和藥物審批,因此,針對抗體原有序列進行改造的專利申請相對較少。但是,為了防止上市藥物專利到期后帶來的劣勢,及時在上市藥物的基礎上進行再研發(fā)也是必不可少的。因此隨著核心抗體專利的即將到期,雅培公司于 2010 年開始將目光轉向核心抗體 CDR 的突變,專利申請 WO2010121140 在TNF-α 抗體D2E7 的可變區(qū)CDR 的氨基酸序列中進行了特定位點的氨基酸取代,獲得與TNF-α 的結合得到改良、免疫原性降低的變異體。此外,除對 D2E7 抗體進行改造外,雅培公司還研發(fā)了其他抗 TNF-α 的新抗體,其中 WO2012078878 獲得了多個新的人源化 hTNF-α 抗體。WO2009032128 制備了抗阿達木單抗的抗體,用于阻止阿達木單抗與其靶 TNF 的結合。這些改造抗體或新抗體的研發(fā),無疑為以后開發(fā)替代阿達木單抗的藥物埋下了伏筆。

        總體來說,圍繞 Humira 的產(chǎn)品專利申請主要集中在藥物組合物和藥物制劑的改進方面,多價抗體和新抗體的相關專利申請出現(xiàn)時間較晚,均是為了保證雅培公司在專利申請到期之前能夠推陳出新,避免專利到期帶來的壓力。這提示相關企業(yè),在研發(fā)力量不足的情況下,可以優(yōu)先圍繞藥物的衍生產(chǎn)品進行相關專利布局,在后續(xù)研發(fā)力量和資金充足時,再進行新產(chǎn)品的開發(fā)。

        ⑵制備方法專利技術路線

        抗體藥物在臨床和商業(yè)上的成功必然導致對高質高效的抗體大規(guī)模生產(chǎn)工藝的需求。除了研發(fā)新抗體之外,對已有抗體藥物建立大規(guī)模的生產(chǎn)平臺也是各大生物公司競相關注的焦點,因此,為了完善對 Humira 的專利保護,雅培公司圍繞阿達木單抗的制備方法也不斷進行著改良。

        圖 6 反映了 Humira 工藝改進上的專利演進情況。雅培公司對工藝技術路線的改良具有明顯的時間分布特點。在成功研制獲得了有效的全人抗體后,該公司首先對抗體的發(fā)酵生產(chǎn)進行了相關專利的申請,并以此為起點開始圍繞Humira的制備工藝進行專利布局。

        抗體藥物的生產(chǎn)主要依賴于重組的動物宿主細胞對外源蛋白的表達,宿主細胞系生產(chǎn)能力的提升是構建工程細胞的核心之一。在該方面,雅培公司著重通過對重組表達載體元件的發(fā)現(xiàn)或改進來提升宿主細胞的抗體表達量,先后有兩件專利申請在中國被授予了專利權(WO2008121324、WO2009091912),其分別保護了一種增加宿主細胞中重組蛋白表達的重組表達載體元件 rEVE 和包括 orP 復制起點和 SV40 復制起點的附加型載體。

        隨著上游工藝的改進,人們已經(jīng)能夠有效實現(xiàn)抗體的擴大化生產(chǎn),但新的問題隨之產(chǎn)生,上游細胞培養(yǎng)過程產(chǎn)生的大量高濃度產(chǎn)物以及在培養(yǎng)過程中增多的雜質、異構體對下游純化步驟構成了巨大的壓力[5]??贵w純化和精制等下游工藝漸漸成為影響生產(chǎn)成本和成品輸出量的瓶頸。在這一技術背景下,2007 – 2009 年,雅培公司將對抗體生產(chǎn)工藝的改進集中到了下游純化領域,其改進策略主要基于對純化步驟參數(shù)的選擇和組合,比如選擇低 pH 環(huán)境(WO2010141093)或進行陽、陰離子交換樹脂的聯(lián)合使用并配合選擇導電率、pH 等參數(shù)(WO2007117490)。除此之外,該公司還將目光轉向了抗體結晶(WO2009020654 和 WO2008057240),對抗體晶體的改進,不僅實現(xiàn)了對下游工藝的改進,獲得了穩(wěn)定性、安全性更強的藥物,也實現(xiàn)了對抗體劑型的改進,使高劑量 mAb 制劑成為可能。

        抗體異質性也是抗體藥物生產(chǎn)中不可避免的一個方面。在生產(chǎn)過程中由于受到諸如酶解反應或自發(fā)性降解等復雜培養(yǎng)環(huán)境的影響,必然會出現(xiàn)抗體的異質性,這種異質性主要體現(xiàn)在翻譯后的修飾和降解上[6],它的最大危害在于可能會影響抗體藥物的安全性和療效??刂苹驕p少抗體異質性產(chǎn)生的異構體可以通過純化來實現(xiàn),但異構體的種類和比例更大程度上是由細胞系和細胞培養(yǎng)條件決定,因此主要還是需要從細胞培養(yǎng)工藝入手,通過改良細胞培養(yǎng)工藝控制異構體的比例。近年間,雅培公司在制備工藝上的布局也明顯集中到了該領域,先后申請了 4 項專利,分別通過向細胞培養(yǎng)基中添加不同的元素(比如錳、鋅)、特定的氨基酸組分、不同成分和比例的水解產(chǎn)物和(或)調(diào)節(jié)培養(yǎng)基 pH 等參數(shù),控制抗體的糖基化異質性(WO2012149197、WO2014035475)、C 端賴氨酸異質性(WO2013158273)、涉及電荷異質性的酸性異質性(WO2013158275)。盡管這些涉及抗體異質性調(diào)控的專利申請均未進入中國,但不排除是由于這些申請相對較新,還未能進入中國國家階段。

        圖 6 Humira 制備方法專利技術路線圖

        盡管抗體大規(guī)模生產(chǎn)已經(jīng)是本領域的常規(guī)技術,從原理上看似并不復雜,但抗體的制備是關系到產(chǎn)品療效、企業(yè)成本的關鍵因素,因此對生產(chǎn)工藝的探索一直都未停止,這也給制備工藝的發(fā)展創(chuàng)造了空間。同時,抗體大規(guī)模生產(chǎn)技術往往具有通用性,不僅適用于一種抗體,這也提示了國內(nèi)企業(yè)可以從生產(chǎn)技術入手,在現(xiàn)有技術的基礎上對抗體大規(guī)模生產(chǎn)中的具體方面進行改良并尋求專利保護。

        2 專利保護策略

        專利保護對于高風險、高投入、高回報的醫(yī)藥公司來說十分重要。相關企業(yè)應當重視專利申請,完善自身的知識產(chǎn)權保護制度,加強自身專利網(wǎng)的建設,在激烈的醫(yī)藥競爭中占有一席之地。

        2.1 搶占先機,及時擴張

        目前大多數(shù)國家對專利保護實行先申請制度。而藥物研發(fā)過程比較漫長,從發(fā)現(xiàn)核心化合物到藥物上市,通常需要經(jīng)歷幾年到十幾年,而且后續(xù)藥物研發(fā)過程中參與的人員也越來越多,技術外漏的風險較大。因此對于發(fā)現(xiàn)的核心抗體,應當盡早申請產(chǎn)品專利。通常在臨床前的研究階段便申請抗體結構的專利。Humira 的阿達木單抗核心專利比后續(xù)的外圍專利早了 7 年。

        在獲得核心專利后,要從多個角度入手,圍繞核心專利申請一系列的外圍專利,包括劑型專利、組合物、制備工藝、適應證等,編織一個多角度、多層次、寬范圍的專利保護網(wǎng)。另外,對于中小企業(yè)或研發(fā)能力有限的申請人而言,可以在領先專利技術的基礎上對其衍生技術進行廣泛而高效的研究,變被動為主動,與競爭對手相互制衡。

        2.2 多手段延長專利期限

        藥物的專利保護期為 20 年,對于提早申請的抗體專利而言,藥品上市后專利保護期限已經(jīng)過了一段時間,因此,有效延長專利保護期限是使利益最大化的重要手段。

        從 Humira 的專利申請來看,絕大多數(shù)都要求了優(yōu)先權,其利用優(yōu)先權原則提交了數(shù)個專利申請。而專利保護期限的起算日是專利申請日,因此,利用優(yōu)先權后續(xù)提交的專利申請無疑延長了專利壽命。另外,通過外圍專利的研發(fā),包括新的藥物組合物、新的藥物制劑等研發(fā)周期短、成果獲得快的后續(xù)專利也能夠延長以核心抗體為基礎的藥物專利的有效期。

        2.3 合理利用 PCT 國際申請

        Humira 的絕大部分專利均提交了 PCT 國際申請,核心專利進入了 22 個國家或地區(qū)。這一點不僅僅是參與國際競爭的勇氣體現(xiàn),更是藥物領域的重要專利保護策略。PCT 國際申請除了能夠簡化向外國申請專利的手續(xù)以外,最重要的優(yōu)勢在于可以推遲申請人的決策時間,有利于申請人獲得足夠的機會進行市場調(diào)查和布局調(diào)整,從而準確投入資金,節(jié)約成本。因此,無論是從手續(xù)的簡化或是成本控制和市場布局方面,PCT 專利申請對這種極具市場潛力的藥物來說都是最佳的選擇。

        2.4 避重就輕,降低風險

        Humira 的產(chǎn)品專利中,新抗體的數(shù)量遠遠少于藥物制劑/組合物的數(shù)量,一方面是由于在已上市抗體基礎上進行制劑或組合物研發(fā)要比新抗體容易,另一方面出于風險考慮,從新抗體或者突變抗體到藥物上市,仍然需要重新進行藥物審批的各項流程,歷時長且不可預測性高。因此,雅培公司將重點放在低風險研究領域,同時對新抗體進行少量研發(fā)和申請,以儲備新的抗體庫。

        2.5 關注專利審批過程,跟蹤專利法律狀態(tài)

        對于重要專利的審批過程和法律狀態(tài)應當予以關注,不僅有助于了解技術走向和技術動態(tài),用以指導企業(yè)自身的研發(fā),在已有專利的基礎上進行二次創(chuàng)新并構建企業(yè)自身的專利防護網(wǎng)。同時,針對審批專利提出合法合理的公眾意見,有效縮小其授權范圍,為企業(yè)自身的發(fā)展提供更大的空間。

        TNF-α 抗體的研發(fā)蘊含著無數(shù)機會,也潛伏著諸多風險。Humira 的專利保護期限即將到期,這為該領域抗體藥物的發(fā)展提供了機會和挑戰(zhàn),研究者應當抓住機遇,加大研究力度,積極參與國際競爭,并充分利用專利戰(zhàn)略保護創(chuàng)新成果。

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        10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2014.04.016

        武雪梅,Email:wuxuemei@sipo.gov.cn

        *作者武雪梅、羅洋排名不分先后,兩人并列第一作者

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