三優生物智能超萬億分子發現平臺盤點及展望
2025年2月15日，三優生物對其智能超萬億分子發現平臺的技術進行了盤點。作為三優生物智能超萬億分子發現平臺的技術核心，智能超萬億分子庫擁有高達十萬億的分子庫容，針對單一靶標，能夠獲得數百到數千個先導分子。結合高通量的真核表達驗證和多維度的成藥性分析，該平臺顯著提高了創新生物藥物研發的效率，在解決創新大分子藥物發現中發揮著至關重要的作用。
三優生物智能超萬億分子發現平臺由十大子平臺組成，涵蓋了多種分子類型。具體包括，萬億全人抗體發現平臺、萬億共同輕鏈單抗發現平臺、萬億2C型單域抗體發現平臺、萬億4C型單域抗體發現平臺、萬億環狀多肽發現平臺、萬億新型靶向蛋白發現平臺、磁陣列小鼠免疫抗體發現平臺、磁陣列羊駝免疫抗體發現平臺、磁陣列兔免疫抗體發現平臺和磁陣列犬免疫抗體發現平臺。
十大子平臺的相關信息如表1所示，十大子平臺各具特征，可以廣泛應用于治療、診斷、檢測和科研等領域。截至目前，智能超萬億分子庫已經完成650多個分子發現項目，成功推動了上百個PCC項目，其中多個項目進入臨床階段，進一步表明，STAL平臺可完成單抗藥物、雙抗藥物、多抗藥物、ADC藥物、AOC藥物、抗體與核素偶聯藥物、PDC藥物和CAR-T免疫細胞療法等主流藥物分子的開發。
▼ 表1. 智能超萬億分子發現平臺的應用范圍及優勢
一、智能超萬億分子發現平臺盤點
1、萬億全人抗體發現平臺
? 文庫背景及歷史
噬菌體展示技術是全人抗體開發的重要途徑，在很多方面均展示出了雜交瘤抗體技術難以比擬的優點。市場上人源噬菌體展示抗體庫普遍存在供體少、庫容低、多樣性低、親和力低、成藥性低等問題。為獲得數量更多，質量更優的候選抗體，三優萬億全人抗體發現平臺在2017年完成千億全人抗體庫概念設計，主要聚焦在成藥性較高的抗體骨架序列，并同時規避掉假基因的存在，于2018年完成千億全人抗體庫的構建及驗證；為了進一步擴大全人抗體庫的庫容，分別在2019年和2020年完成萬億全人抗體庫和人源化半合成庫的概念設計，并于2021年完成萬億全人抗體庫和萬億全人半合成抗體庫的構建及驗證。
? 文庫組成及特性
三優萬億全人抗體發現平臺包括萬億全人抗體庫和萬億全人半合成抗體庫兩大文庫，總庫容為2.16萬億。萬億全人抗體庫是全人B細胞基因克隆后的重組抗體庫，源自天然，成藥性良好，先導分子中位數：300+；萬億全人半合成抗體庫是源自全人B細胞，經重排后的抗體庫，輔以工程設計，多樣性高，先導分子中位數：300+。
? 文庫案例及應用
截止目前，三優已完成200+全人抗體庫的單靶點篩選，從三優超萬億全人抗體庫篩出的先導分子平均可達數百。通過11個不同靶點進行篩選驗證，如圖1所示，共獲得5069個具有獨特序列的人源化抗體克隆，所得克隆數中位值是345個。從三優超萬億全人抗體庫出來的分子親和力往往可以達到Sub-nM至nM之間。圖2為表達上清的分子親和力分析，結果顯示大部分抗體克隆親和力在10-8～10-10 M之間。
▲ 圖1. 萬億全人抗體庫Binders數量統計
▲ 圖2. 萬億全人抗體庫親和動力學統計
2、萬億共同輕鏈單抗發現平臺
? 文庫背景及歷史
共同輕鏈構型的雙特異性抗體可以很好的解決輕重鏈鏈錯配的問題，且在結構上和天然的IgG型抗體高度一致。相比于各種非人體內大量存在的雙特異性抗體構型，共同輕鏈構型的雙特異性抗體在人體內的成藥性和安全性將更好。三優萬億共同輕鏈單抗發現平臺在2017年完成共同輕鏈抗體庫初步概念設計，初步進行了共同輕鏈抗體的研究，于2018年完成十億級共同輕鏈抗體庫的構建，2019年完成十億級共同輕鏈抗體庫的驗證。在2020年完成萬億共同輕鏈抗體庫概念設計，從1800+輕鏈中經過層層篩選獲得2條優異輕鏈，并于2022年完成萬億共同輕鏈抗體庫的構建及驗證。
? 文庫組成及特性
三優萬億共同輕鏈單抗發現平臺共由2條輕鏈，共計6個子庫組成，總庫容為1.12萬億。共同輕鏈單抗庫是優選2條優異輕鏈搭配多樣性重鏈的重組抗體庫，源自全人天然抗體，輕鏈優選，重鏈多樣，先導分子中位數：300+。可以一步獲得針對于同一個靶點不同表位或不同靶點的共同輕鏈抗體；獲得的共同輕鏈抗體為全人源抗體，可直接用于雙特異抗體開發。
? 文庫案例及應用
截止目前，三優已完成30+共同輕鏈抗體庫的篩選驗證，針對不同的靶點，平均可獲得上百個序列獨特、親和力較好的先導抗體分子。通過7個不同靶點對共同輕鏈庫進行篩選驗證，結果如圖3所示，共獲得4942個具有獨特序列的共同輕鏈抗體克隆，所得獨特序列克隆平均數為706個。通過ELISA方法檢測人源庫（hRAL）和共輕庫（CLC）候選抗體的結合活性。結果如圖4所示，人源庫候選抗體EC50在0.01-0.1之間的占比為94.44%，而共輕庫候選抗體EC50在0.001-0.01之間的占比為78.95%。結果表明，共輕庫候選抗體具有更高的親和力。
▲ 圖3. 萬億共同輕鏈抗體庫Binders數量統計
▲ 圖4. 萬億共同輕鏈抗體庫親和力統計
3、萬億單域抗體發現平臺
? 文庫背景及歷史
單域抗體的人源化可以大幅降低駝源抗體的免疫原性，加速抗體藥物的生產上市。為了克服傳統單域抗體制備周期長、篩選工作量大、候選抗體數量少的缺陷，三優萬億單域抗體發現平臺經歷了四代文庫的升級，于2018年完成百億單域天然庫的構建及驗證，2019年完成超千億單域抗體庫的構建及驗證，2020年完成人源化單域概念設計，采用人源化的骨架進行文庫構建，并同時設計只有一對半胱氨酸和兩對半胱氨酸的子庫，并于2021年“萬億人源化單域抗體庫”的構建及驗證。
? 文庫組成及特性
三優萬億單域抗體庫，采用國際先進的引物合成技術以及具有較好成藥性的人源化骨架構建而成，擁有獨立知識產權，并匹配了全面的理化及生化分析進行篩選。“三優萬億單域抗體庫”主要分為2C型單域合成抗體庫和4C型單域合成抗體庫，已建立的抗體庫共包含16個子庫，總庫容達到4.07萬億，抗體骨架的人源化程度達到98%，先導分子中位數：600+。
? 文庫案例及應用
截止目前，三優已完成60+單域抗體庫的篩選驗證，通過14個不同靶點對單域抗體庫進行篩選驗證，如圖5所示，共獲得9423個具有獨特序列的人源化抗體克隆，所得克隆數中位值是606個。通過三優萬億人源化單域抗體庫子庫篩選獲得的納米抗體候選分子具有較好的親和活性。所獲得抗體的親和力往往可以達到nM。如圖6為構建全長后的分子親和力分析，結果顯示大部分抗體克隆都有較好的親和力。
▲ 圖5. 萬億單域抗體庫Binders數量統計
▲ 圖6. 萬億單域抗體庫親和動力學數據統計
4、萬億環狀多肽發現平臺
? 文庫背景及歷史
據統計，全球多肽藥物市場規模2020年達到628億美元，預計在2025年市場規模達到960億美元，多肽藥物市場具有巨大增長空間。多肽類藥物有著特異性高、免疫原性較低、毒副作用較小、可適用胞內靶點等優勢。建立多肽文庫是多肽藥物研發的關鍵，但是對于大多數藥物研發公司來說構建文庫將耗費大量時間和資金成本。鑒于此，三優生物萬億環狀多肽庫發現平臺于2022年完成千億多肽庫的構建與驗證，于2023年完成萬億多肽庫的構建與驗證。
? 文庫組成及特性
三優環狀多肽庫遵循自然規律，輔以AI設計，融合標簽蛋白，結合噬菌體展示技術進行高通量篩選，并匹配了全面的理化及生化分析進行驗證。三優環狀多肽庫共有19個子庫，多肽長度覆蓋4～17個氨基酸，總庫容達到3.05萬億。優選標簽蛋白與天然環肽融合的環狀多肽庫，適用于PDC、口服、胞內靶點藥物研發，先導分子中位數60+。
? 文庫案例及應用
截止目前，三優已完成20+環狀多肽庫的篩選驗證，將萬億多肽庫篩選到的多肽分子A083，經過親和力成熟后，用huPD-L1抗原蛋白進行ELISA親和活性分析，抗原結合EC50約為0.04 nM，與對照抗體親和力相當，結果如7所示。阻斷huPD1與huPD-L1-CHO-K細胞的EC50為5.7 nM，阻斷提升約10倍左右，結果如8所示。
▲ 圖7. 多肽分子ELISA親和活性檢測
▲ 圖8. 多肽分子FACS阻斷活性檢測
5、磁陣列免疫抗體發現平臺
? 文庫背景及歷史
三優生物于2015年建立自主產權的噬菌體展示載體，將“多途徑抗原庫、抗體庫”技術應用于創新型抗體藥物開發，2016年整合雜交瘤技術與噬菌體展示技術，將小鼠免疫庫推向商業化應用，2017年完成小鼠免疫抗體庫升級，采用陣列式引物進行建庫，進一步提高文庫多樣性，2018年推出羊駝免疫抗體庫，2023年推出兔免疫抗體，2024年推出犬免疫抗體庫。
? 文庫組成及特性
三優磁陣列免疫抗體庫，包含：小鼠免疫抗體庫、羊駝免疫抗體庫、兔免疫抗體和犬免疫抗體庫，累計總庫容達到1.05萬億，具體各免疫庫參數見表2。可針對于不同的靶點類型（包括小分子）產生抗體，通過三優磁陣列免疫抗體庫篩選獲得的納米抗體先導分子數量較多，通常可以達到數十個分子，分子親和力較高。
▼ 表2. 三優磁陣列免疫抗體庫技術參數
? 文庫案例及應用
截止目前，三優已完成480+免疫庫的篩選驗證，通過12個靶點對免疫庫進行了篩選驗證，共獲得了637個具有獨特序列的抗體克隆，如9所示，所得克隆數中位值是55個。從免疫抗體庫構建及篩選服務獲得的抗體分子親和力通常可達到nM水平，圖10顯示通過免疫庫篩選獲得的分子親和力與對照抗體相當或顯著優于對照抗體的分子。
▲ 圖9. 免疫庫Binders數量統計
▲ 圖10. 免疫庫分子ELISA親和活性檢測
二、智能超萬億分子庫的發展
1、百萬億分子庫平臺建設規劃
三優生物始終秉持“讓天下沒有難做的創新型生物藥”的使命，將在智能超萬億分子庫領域持續深耕，進一步啟動百萬億分子庫平臺的建立，通過研發驅動、創新驅動，推動特色服務業務發展。在原有的十萬億分子庫的基礎上，百萬億分子庫將會實現：
①文庫類型更加豐富，在原有的十大子庫基礎上，進一步增加核酸分子庫，小肽庫，小分子文庫等；
②通過AI輔助，進一步優化文庫的設計，基于海量數據分析，進一步提升分子多樣性和分子性能，進行個性化新型分子庫構建；
③通過人工智能進行藥物篩選，加速智能超萬億分子庫的篩選效率、縮短研發周期、提升新藥篩選的成功率。
2、智能化藥物篩選平臺建設規劃
人工智能藥物研發程序旨在開發抗體藥物的虛擬篩選與設計優化技術，通過創新的生成式人工智能（AI）模型實現抗體藥物的快速發現和優化。該技術將極大地提升抗體藥物的研發效率，有助于解決目前抗體藥物開發周期長、成本高、成功率低等難題。人工智能藥物研發程序極大的縮短藥物研發周期，提高藥物研發成功率。
智能化藥物篩選平臺，擬在已上線的oneClick+雙抗設計平臺等多個應用程序的基礎上，進一步開發AI藥物篩選等應用程序。包括：
①分子從頭生成，通過人工智能算法，從頭設計和生成具有特定性質和功能的分子結構。突破傳統藥物發現模式，實現全新分子的設計和開發，拓展藥物研發的范圍和可能性；
②編碼序列優化，通過人工智能算法，優化分子編碼序列，提高分子的成藥性和穩定性；
③創新分子庫設計，基于人工智能和大數據分析，設計和構建具有創新性的分子庫。提高藥物篩選的效率和成功率，發現更多具有潛在應用價值的分子。從而進一步解決GPCR、離子通道、胞內蛋白等高難度靶點的藥物開發難題，開發口服給藥等新型給藥方式。這些技術的快速發展使我們能夠以更高的效率、更短的時間發現藥物靶標，創造出符合臨床需求的生物分子，用以應對多樣化的科學和醫療挑戰。
3、智能超萬億分子庫發展展望
傳統的藥物研發周期長、成本高，而智能超萬億平臺可以利用人工智能等技術，加速藥物發現和開發過程，降低研發成本，提高研發效率。
展望未來，三優生物智能超萬億平臺將朝著更加智能的方向發展。在發展方向上，面向5大方向，包括適應癥、分子形式、應用場景、小程序和重要靶標。在分子種類上，涵蓋6類分子，包括全人單克隆抗體、共同輕鏈抗體、人源化單域抗體、環狀多肽分子、ADC分子和mRNA分子，為不同疾病的治療提供多樣化的分子工具。在應用場景上，適配8大場景，包括ELISA，WB，IHC，IF，IP-ID，FC，SPA，SPB。在技術融合上，融合7項AI程序，包括從頭生成，表位預測，免疫原性預測，成藥性預測，特異性預測，親和力預測，one-click分子設計，提升研發的智能化水平。在疾病研究上，深耕9大人類疾病，包括腫瘤、自免、感染、代謝、眼科、神經、心血管、抗衰老及各種罕見病。在靶標探索上，針對10萬重要靶標，融合10大技術平臺，展開深入研究，為開發更多創新藥物奠定堅實基礎。
通過十年的持續創新，三優生物智能超萬億分子庫平臺已經建立了全球領先的抗體藥物發現體系。憑借十萬億級分子庫和十大類分子庫的設計，該平臺成功解決了創新大分子藥物發現中的關鍵難題，具備廣泛的應用前景，特別是在腫瘤治療、傳染病防治、自身免疫疾病和罕見病治療等領域。高效篩選、精準優化和快速迭代的能力為全球抗體藥物的開發提供了強有力的支持。未來五年，超萬億分子庫將會持續升級為百萬億分子庫，結合人工智能和高通量篩選技術，能夠更精準地預測藥物性質，從而顯著提高藥物研發的效率和成功率。這將極大地拓展我們探索潛在藥物分子的空間，加速新藥發現的進程。三優生物將持續推動與全球專業團隊的深度協作，共同加速高難度疾病領域的藥物研發進程，為患者帶來更多突破性治療方案。
