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演化差異看見新契機:為何我們選擇「駱駝族」作為 VHH 開發平台?

 
 

 

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在單域抗體 (VHH/Nanobody) 的開發領域,宿主物種的選擇往往決定了最終藥物的潛力。面對市場上關於「羊駝 (泛稱新世界駝,學名稱羊駝族 Tribe Lamini)」與「駱駝 (泛稱舊世界駝,學名稱駱駝族 Tribe Camelini)」的諸多討論,我們希望透過科學實證與工藝經驗,為您解析這項戰略選擇背後的真實價值。

 

 

Nanobody Development Service

 

 

 

Q1:駱駝科動物這麼多種,牠們產生的 VHH 有何本質區別?

在免疫學與結構生物學中,"canonical" (典型/保守) 指的是所有 Ig 結構域(Variable Domains)幾乎都擁有的那對、位於 beta-sheet 核心用來維持基本折疊的 Cys22-Cys92 (Kabat numbering) 雙硫鍵。而駱駝科 VHH 獨有的這對「多出來的」雙硫鍵,在學術上稱為 "non-canonical",意指它不遵循傳統抗體結構規則,是演化出來的特徵。雖然都屬於駱駝科,但在千萬年的演化長河中,舊世界駱駝(雙峰/單峰駱駝)與新世界駱駝(羊駝/大羊駝)走向了不同的結構演化路徑。

 

最顯著的差異在於重鏈抗體 (heavy-chain-only antibody, HcAb) 的依賴程度:在舊世界駱駝的血清中,HcAb 佔所有 IgG 的比例高達 75%,遠高於羊駝族的 45%。這暗示在演化上,駱駝更仰賴這種微型抗體來抵禦病原,其基因庫經過了更嚴苛的天然篩選。

 

為了讓您一目了然,我們整理了以下四物種比較表:

 

結構決勝點:以舊世界駱駝 VHH 攻克隱蔽表位

 

新世界羊駝族

舊世界駱駝族

特性維度

大羊駝(Llama)

羊駝

(Alpaca)

雙峰駱駝(Bactrian)

 單峰駱駝

(Dromedary)

重鏈抗體比例

~45%

~75% (比例較高的演化優勢)

抗原結合構型

廣泛表面抗原

需高形狀穩定性的表面抗原 隱蔽表位或抗原結構的裂隙 

非典型雙硫鍵位置

 僅偶然發生<10%,幾乎沒有額外雙硫鍵 常見於 FR2–CDR3 常見於 CDR1–CDR3,將 CDR3 撐起成為「探針 (Probe)」的關鍵
CDR3 環圈特性 較短且具靈活度 長度雖然不短,但構型上反折向貼合整體骨架 長度較長,具備形成超長迴圈的潛力
最佳應用場景 普遍性表面表位
(細胞受體表面、病毒棘突蛋白的表面)
隱蔽性表位
(酵素活性中心、GPCRs 孔道、病毒棘突蛋白深處與構型變化機制有關的凹槽)

簡單來說,大羊駝 (Llama) 提供了類似人類抗體的通用性;羊駝 (Alpaca) 雖有非典型雙硫鍵但多用於自身穩定;而駱駝 (學名 Camelus ) 則是唯一演化出「進攻型構型」的物種,在從事抗體工程的吾輩眼中可謂專為解決高難度靶點而生。

 

 

 

 

Q2:這種結構差異,在抗體庫篩選時意味著什麼?

 這直接決定了您的候選池 (candidate pool) 是否具備「多樣性」與「深度」。請參考下方的結構對比圖:

Nanobody Development Service

圖 1.1 非典型雙硫鍵基因與結構位置差異。在所有抗體片段階級高度保守性的典型雙硫鍵(深黃色)之外,駱駝族的VHH常見非典型雙硫鍵跨接CDR1與CDR3,羊駝族中的VHH的比例較低,跨接FR2與CDR3。

 

 

 

Nanobody Development Service-03

圖 1.2 帶有非典型雙硫鍵的(a)羊駝族VHH與(b)駱駝族VHH的蛋白結構拓樸學比較。駱駝族獨有的 CDR1-CDR3 連結形成的向外延伸,「手指或探針構型」的CDR3環圈。

 

 

 

Nanobody Development Service-03

圖 1.3 (a)羊駝較為平坦的結合面可在抗原表面找到相互貼合的表位,然而若要接觸結合埋藏抗原凹陷處的隱蔽性表位,必須篩選兼具延伸性與剛性的駱駝族VHH。

 

 

 

  • 一般抗原篩選: 駱駝文庫中仍保有一定比例(約 15-20%)的標準平坦構型抗體。在我們常操作 10 (十億級多樣性) 的篩選通量下,這意味著仍有 上億株 標準候選者。因此,針對常規抗原,我們與羊駝平台一樣能輕鬆獲得高親和力抗體,絕不會空手而回。
  • 隱蔽表位 (cryptic epitopes) 篩選: 這是真正的決勝點。當目標是酵素活性中心或病毒深層凹槽時,羊駝抗體往往因表面平坦而被阻擋在外。此時,唯有駱駝 VHH 那樣由非典型雙硫鍵支撐的「手指型 CDR3」能深入蛋白結構結合關鍵表位。選擇駱駝,意味著您不僅能勝任常規開發任務,更掌握了攻克「難以成藥 (undruggable)」標的與跨越「高成藥性門檻」的特種武器。

 

 

 

 

Q3:駱駝 VHH 的人源化與成藥性是否比較困難?

這是一個過時的迷思。

首先,隨著通用人源化骨架 (universal humanized scaffolds) 的廣泛應用,將駱駝科動物來源的 VHH 移植到高人類同源性骨架上的技術已相當成熟。

其次,在藥物開發的優先順序上,可開發性 (developability) 或更專注於治療用途的可成藥性 (druggability) 遠比單純的序列相似度更重要。

    • 致免疫性: 並非僅看序列像不像人,而是取決於實際應用。
    • 關鍵指標: 我們更看重 熱穩定性 (Tm)、水溶性、以及 pI (適配抗原所處的微環境)。駱駝 VHH 的非典型雙硫鍵賦予了分子極高的結構剛性與耐受力,這反而是其作為藥物的巨大優勢。

 

 

 

 

Q4:貴公司的篩選服務如何協助客戶克服開發挑戰

我們深知,獲得一株高親和力抗體,路才只走了一半。 我們關注的層面已超乎人源化階段(這僅佔開發難度的不到 20%)。真正的挑戰在於後端的 CMC(化學製造管制)與製程規模放大。特別是針對那些帶有疏水性 CDR3 的「手指型」VHH,若處理不當,極易在高濃度量產時發生凝集。因此,我們提供的是 全方位技術整合方案 (turnkey solution)

  • 早期介入: 在篩選輪迴中即引入物理化學性質評估,剔除易凝集株系。
  • 嚴格挑選: 即便自駱駝抗體庫中收穫帶有手指型 CDR3 的VHH為數不少,我們仍「吹毛求疵」地揀選在親和力、產量與穩定性上達成完美平衡的候選株交付。

 

 

 

 

以工匠精神,解鎖您的研發潛能

選用駱駝族 VHH庫,不是因為它容易操作,而是因為它強大

它獨特的演化結構,賦予了我們攻克隱蔽抗原表位、解決疑難雜症的唯一機會。雖然這對工藝提出了更高的要求,但這正是我們存在的價值。我們不只是一間抗體篩選公司,我們是您藥物開發路上的技術合夥人。憑藉深厚的工藝水準與服務熱忱,我們承諾將駱駝 VHH 那份「難馴」的潛力,轉化為您手中最穩定、最高效的商用試劑、臨床候選藥物。讓我們一起,將科學上的不可能,化為治療上的可能。

 

 

 

 

 

  

 

 

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