Les VHH, également connus sous le nom de nanobodies ou anticorps à domaine unique, sont des fragments d'anticorps compacts capables de reconnaître leurs cibles avec une haute spécificité. Leur petite taille, leur stabilité structurale, leur pénétration efficace des tissus et leur capacité à accéder à des épitopes difficiles à atteindre avec des anticorps conventionnels en font des formats de plus en plus attractifs pour le développement de thérapies ciblées.
Initialement considérés principalement comme des outils de recherche ou de diagnostic, les VHH sont désormais des formats thérapeutiques cliniquement validés. Plusieurs médicaments ou modalités thérapeutiques utilisant des VHH ou des domaines d'anticorps à domaine unique ont atteint le marché, tandis que le nombre de projets précliniques et cliniques continue d'augmenter en oncologie, maladies inflammatoires, hématologie, imagerie moléculaire, radiothérapie ciblée et thérapie cellulaire.
Cette croissance crée un besoin croissant de plateformes capables de produire des VHH complexes, homogènes et modifiés avec un haut niveau de contrôle moléculaire. La synthèse chimique des VHH répond directement à ce besoin.
Plusieurs exemples démontrent que les VHH ne sont plus seulement des formats expérimentaux :
Un Nanobody humanisé bivalent ciblant le facteur de von Willebrand, utilisé dans la purpura thrombocytopénique thrombotique acquis. Son approbation a marqué une étape importante, démontrant qu'un format basé sur VHH peut atteindre le marché en tant que médicament biologique.
Un Nanobody trivalent anti-TNFα approuvé au Japon pour la polyarthrite rhumatoïde. Sa structure combine deux domaines anti-TNFα et un domaine de liaison à l'albumine sérique humaine pour prolonger la demi-vie plasmatique. Ce format illustre la valeur des VHH pour la conception rationnelle de protéines multivalentes avec une pharmacocinétique optimisée.
Un anticorps à domaine unique anti-PD-L1 fusionné à un domaine Fc, approuvé en Chine pour les tumeurs solides MSI-H/dMMR non résécables ou métastatiques. Son administration sous-cutanée met en évidence le potentiel des domaines d'anticorps compacts pour développer de nouveaux formats d'immunothérapie et des voies d'administration.
Une thérapie CAR-T anti-BCMA utilisée dans le myélome multiple, qui incorpore deux domaines d'anticorps à domaine unique dans son récepteur chimérique. Cela démontre que les VHH peuvent servir de blocs de construction ciblants dans des architectures thérapeutiques complexes au-delà des formats VHH solubles conventionnels.
L'utilisation des VHH s'étend rapidement, portée par plusieurs facteurs :
En oncologie, les VHH sont étudiés pour le ciblage des points de contrôle immunitaires, des récepteurs tumoraux, des biomarqueurs de surface, des cibles stromales et des épitopes difficiles à atteindre avec des anticorps conventionnels. Leur petite taille peut faciliter la pénétration tumorale et un ciblage rapide, ce qui est particulièrement pertinent pour l'imagerie, la radiothérapie ciblée et les applications de conjugués médicamenteux.
Cette tendance renforce la valeur de la synthèse chimique : plus les formats thérapeutiques deviennent complexes, plus il est critique de contrôler la conception de la séquence, le site de conjugaison, le ratio médicament-anticorps et l'homogénéité du produit final.
La production recombinante reste une approche majeure pour générer des VHH. Cependant, certains formats thérapeutiques nécessitent un niveau de contrôle difficile à atteindre avec la bioproduction conventionnelle : incorporation d'acides aminés non naturels, fonctionnalisation spécifique de site, conjugaison homogène, optimisation de la demi-vie, création de formats multivalents ou addition contrôlée de charges thérapeutiques.
La synthèse chimique permet la construction de VHH à partir de fragments peptidiques, qui sont ensuite assemblés pour obtenir une protéine définie, modifiable et reproductible. Elle offre une alternative stratégique lorsque la bioproduction devient limitante en raison de la complexité moléculaire, de l'hétérogénéité des lots ou des contraintes de modification.
La synthèse chimique permet l'incorporation directe d'acides aminés non naturels ou fonctionnalisés dans la séquence VHH.
Les VHH sont naturellement robustes, mais la synthèse chimique optimise leur structure de manière rationnelle.
Les VHH sont des candidats attractifs pour les conjugués ciblés avec un contrôle précis des sites d'attachement.
La synthèse chimique permet le radiomarquage à des positions précises pour l'imagerie et la thérapie.
La synthèse chimique permet des architectures complexes au-delà des VHH monovalents.
La synthèse chimique produit des molécules définies avec une séquence et des modifications contrôlées.
La synthèse chimique réduit la dépendance aux systèmes cellulaires et évite les étapes chronophages associées à la bioproduction telles que le développement de lignées cellulaires, la sélection de clones, l'optimisation de l'expression et la gestion des impuretés biologiques.
Cette approche modulaire accélère la transition de la conception à la production compatible GMP, ce qui est particulièrement précieux lorsque plusieurs variantes thérapeutiques doivent être comparées.
La production GMP de protéines recombinantes nécessite des phases de développement longues et coûteuses. Pour les VHH accessibles chimiquement, la synthèse chimique peut réduire les coûts globaux de développement et de production GMP grâce à :
Certains VHH sont difficiles à produire par expression recombinante, en particulier lorsqu’ils présentent un faible rendement, une mauvaise solubilité, une tendance à l’agrégation, une toxicité pour la cellule hôte ou des difficultés de purification.
Dans ces situations, la synthèse chimique peut représenter une alternative à la production biologique classique. Elle permet de produire directement la séquence du VHH, puis de contrôler les étapes de repliement, de purification et de caractérisation analytique.
Un faible rendement peut limiter les étapes de validation, de caractérisation ou de développement d’un VHH. Avant de modifier la séquence, de changer de système d’expression ou d’abandonner le candidat, il peut être pertinent d’évaluer une production par synthèse chimique.
Cette approche est particulièrement utile pour obtenir des quantités définies de VHH destinées à des essais de faisabilité, des études structure-activité, des tests de conjugaison ou des validations fonctionnelles.
Les systèmes biologiques sont souvent limités lorsqu’il faut introduire des acides aminés modifiés dans un VHH. La synthèse chimique permet d’intégrer directement certaines modifications dans la séquence, avec un haut niveau de contrôle.
Elle peut être utilisée pour introduire des acides aminés non naturels, des acides D-aminés, des marqueurs isotopiques, des résidus PEGylés, glycosylés ou phosphorylés, ainsi que des acides aminés fonctionnalisés destinés à une conjugaison ultérieure.
La conjugaison d’un VHH à une molécule active, un fluorophore, une biotine ou un autre groupement fonctionnel peut générer des produits hétérogènes lorsqu’elle est réalisée de manière non contrôlée. Une conjugaison aléatoire peut affecter l’affinité du VHH pour sa cible, sa stabilité ou encore la reproductibilité du produit final.
La synthèse chimique permet d’introduire un site de conjugaison défini à une position précise du VHH. Cette approche facilite la production de VHH conjugués plus homogènes, avec un meilleur contrôle du site d’attachement et du nombre de molécules fixées par VHH.
Pour les VHH-drug conjugates, le contrôle du nombre de molécules actives attachées au VHH est un paramètre critique. Une conjugaison non spécifique peut conduire à un mélange de produits avec des ratios médicament/VHH variables.
En intégrant dès la conception une poignée de conjugaison spécifique, la synthèse chimique permet de mieux maîtriser l’architecture finale du conjugué. Cette approche aide à générer des VHH-drug conjugates plus homogènes, plus faciles à caractériser et plus reproductibles.
Oui. La synthèse chimique peut permettre l’intégration contrôlée d’un chélateur, d’une poignée de radiomarquage ou d’un groupement fonctionnel compatible avec le marquage radioactif.
Cette stratégie est particulièrement intéressante pour le développement de VHH destinés à l’imagerie PET, à l’imagerie SPECT, à la radiothérapie ciblée ou à des approches théranostiques.
Les formats VHH multivalents ou multisites peuvent être complexes à produire par biologie conventionnelle, notamment lorsque plusieurs modules doivent être assemblés avec une architecture précise.
La synthèse chimique et les stratégies de ligation chémosélective permettent d’assembler plusieurs VHH ou modules fonctionnels de manière contrôlée. Cette approche peut être utilisée pour concevoir des VHH bivalents, bispécifiques, biparatopiques, ramifiés ou porteurs de plusieurs fonctions.
Oui, sous réserve d’une stratégie adaptée de repliement et de contrôle analytique. Les VHH comportent généralement des cystéines importantes pour leur structure. Il ne suffit donc pas de produire la séquence : il faut également obtenir une molécule correctement repliée, avec les bons ponts disulfure.
La synthèse chimique doit ainsi être associée à des étapes de repliement, de purification et de caractérisation permettant de confirmer la qualité du VHH final.
La production recombinante reste adaptée à de nombreux VHH standards. La synthèse chimique devient particulièrement pertinente lorsque le VHH est difficile à exprimer, lorsque le rendement est faible, lorsque la purification est complexe ou lorsqu’une modification précise est nécessaire.
Elle est également indiquée pour les VHH contenant des acides aminés non naturels, les VHH conjugués de manière site-spécifique, les VHH radiomarqués, les VHH multivalents ou les formats nécessitant une architecture moléculaire strictement contrôlée
Une production compatible GMP peut être envisagée lorsque la stratégie de synthèse, de purification, de repliement et de caractérisation est suffisamment robuste et reproductible.
Cette approche peut être pertinente pour des candidats VHH modifiés complexes, des premiers lots cliniques ou des formats nécessitant un niveau élevé de contrôle moléculaire, en complément ou en alternative à la bioproduction conventionnelle.
La synthèse chimique des VHH ouvre une voie complémentaire à la bioproduction conventionnelle pour le développement de protéines thérapeutiques de nouvelle génération. Elle permet la production de VHH homogènes, modifiés et fonctionnalisés avec un haut niveau de contrôle moléculaire.
L'arrivée des premiers médicaments à base de VHH ou d'anticorps à domaine unique, ainsi que le nombre croissant de projets précliniques et cliniques, confirme l'intérêt croissant pour ces formats dans les thérapies de nouvelle génération.
Pour les applications nécessitant des acides aminés non naturels, une stabilité optimisée, une conjugaison précise, un radiomarquage, une multivalence ou une transition rapide vers le GMP, la synthèse chimique représente un avantage stratégique.
En combinant conception rationnelle, synthèse automatisée, assemblage chimique, repliement contrôlé et caractérisation analytique, cette approche soutient le développement de VHH thérapeutiques de nouvelle génération, du concept initial à la production compatible GMP.
