デュアルペイロードADCの作り分けとは？混ぜるだけでは作れないのはなぜか

デュアルペイロードADCの作り分けとは、1つの抗体に作用の違う2種類の薬物を、決めた数と比で載せ分ける設計のことです。ADC（抗体薬物複合体標的を選ぶ抗体に、細胞傷害性の薬物（ペイロード）をリンカーでつないだ分子。詳しく →）の結合条件を決める人と、できた品を測って規格を書く人の仕事です。

一方で、⁠2種類の薬物を同じ反応液に入れて抗体に結合させても、狙った組成の品はほとんどできません。 どの位置にどちらが付くかが、偶然で決まるからです。

以下では、作り分けで何をそろえるのか、混ぜるだけでは作れない理由、二段と一段の選び方、できた品の確かめ方、決める順番を扱います。なぜ2種類載せるのかはデュアルペイロードADCとは？にまとめました。

1. 作り分けとは、何をそろえることなのか

作り分けでそろえるのは、薬物ごとの平均DAR抗体薬物複合体(ADC)で、抗体1分子に結合した薬物の平均数です。効果と安全性を左右するため測定する指標です。詳しく →、2つの比、そして1分子に両方が載っているかの3つです。

抗体に載せる薬物をペイロード抗体薬物複合体(ADC)で抗体に結合させる強力な細胞毒(薬物)です。抗体によって標的の細胞まで運ばれ、そこで細胞を殺す作用を担います。詳しく →と呼び、デュアルペイロードADCでは効き方の違う2種類（ここではA、Bと呼びます）を1つの抗体に載せます。

1種類だけを載せるときは、抗体の鎖どうしをつなぐ橋（ジスルフィド結合）4本を切り、現れた8個の結合点に薬物を付けます。抗体1分子あたりに付いた薬物の平均数をDAR（抗体薬物比）と呼びます。この方法なら0・2・4・6・8に収まるため、1種類なら、規格に置く平均は1つで足ります。

2種類を載せると、決める値が3つに増えます。

• 薬物ごとの平均DAR⁠：Aが平均何個、Bが平均何個かを別々に決めます。
• 2つの比⁠：1対1にするのか、1対4のように偏らせるのかを決めます。
• 両方が同じ分子に載っているか⁠：Aだけ、Bだけが載った分子の混ざってよい量を決めます。

3つ目は平均の数字に表れません。Aを4個だけ載せた分子と、Bを4個だけ載せた分子を1対1で混ぜます。平均はAが2個・Bが2個で、1分子にA 2個とB 2個を載せた品と同じ値です。2種類を同じ細胞に届けるという狙いが成り立つのは、後者だけです。⁠

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つまり作り分けは、DARをいくつにするかより先に、比の目標と、両方を同じ分子に載せる仕組みから考え始めます。ところが、2種類を一緒に反応させるだけでは、この仕組みになりません。

2. なぜ、2種類を混ぜて結合させるだけでは作れないのか

8つの結合点のそれぞれで「Aが付く・Bが付く・付かない」が偶然に決まるため、狙った組成の分子はごく一部しかできません。

抗体の鎖どうしをつないでいた結合点に2種類の薬物リンカー（薬物と、抗体につなぐ連結部分を一体にした原料）を同時に加えると、組み合わせは3の8乗で6,561通りに広がります（位置を区別して数えた場合。数は編集部の計算です）。AとBの個数の組だけを数えても45通りあり、目標の「A 2個・B 2個」はその1つにすぎません。

アミノ酸のリジンに付ける方法なら、反応しうる40か所ほどに同じ3通りが乗ります。組み合わせは約1.2×10¹⁹通りで、数える意味がありません（同じく位置を区別した、編集部の計算です）。

そのうえ、仕込んだ比がそのまま抗体の上の比になるとは限りません。2つの薬物リンカーは反応のしやすさも溶けやすさも違うため、Aを多めに入れたつもりが抗体の上ではBが多い、ということが起こりえます。比は、仕込みの量ではなく結合したあとの品で確かめます。⁠

そこで、決まった位置だけに薬物を付ける部位特異的コンジュゲーションで、Aの付く位置とBの付く位置を分けます。2025年の総説は、その方式を多官能リンカー、天然アミノ酸、非天然アミノ酸通常の20種類には含まれない人工的なアミノ酸で、タンパク質の狙った位置に導入して部位特異的な修飾や結合の足場にします。詳しく →、酵素の4つに分け、DARの動かしやすさと工程の複雑さで比べています。

このように、作り分けの出発点は、付く位置をどの方式で区別するかの選択です。その方式は、薬物リンカーを何回の反応で結ぶかによって二つに分かれます。

3. 二段で結ぶか、一段で結ぶかは何で決めるのか

比を設計の途中で動かしたいなら二段、1対1で固定してよいなら一段を選びます。 決め手はDARの値ではなく、比を変える余地をどこまで残すかです。

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二段で結ぶ方法では、反応のしかたが違う2種類の反応基を抗体に出し、Aを結んでから別の条件でBを結びます。直交するシステインの保護を使えば、2種類を順に結べることが示されています（Levengood ら、2017年）。2021年の報告は、枝分かれした連結部分の先に反応性の違う反応基を出し、2種類の数を 2+2、4+2、2+4 と振り分けました。

比を大きく偏らせた例もあります。PTK7を標的とする前臨床の品では、微小管を壊す薬物（MMAE）を平均2個、トポイソメラーゼIを止める薬物（エキサテカン）を平均8個、比を1対4で載せていて、1対1の枝分かれからは作れない組成です。

一段で結ぶ方法は、枝分かれした1本の連結部分に2種類を先に載せ、それを抗体に1回で結びます。

それぞれの代償は、どこに現れるかが違います。

• 二段の代償⁠：反応が2回に増え、片方だけが結合した中間体を工程内で管理します。2回目の反応の条件で、先に結合した薬物リンカーが壊れないことを、工程の開発段階で確かめます。
• 一段の代償⁠：比が連結部分の合成で決まるため、比を変えるには原料を作り直します。片側しか結合していない原料が混ざれば、Aだけ・Bだけが載ったADCとして最後まで残ります。

枝分かれの形そのものが効き目を変えることもあります。長さだけが違う連結部分を比べた2024年の報告では、短いほうの効力が1桁低く、細胞内で切れる反応が立体的に妨げられた可能性が挙げられています。

このように、二段と一段の違いは工程の長さだけでなく、ばらつきを管理する場所の違いでもあります。狙いどおりに載ったかは、平均の数字では確かめられません。

参考文献

• Levengood MR, et al. Orthogonal Cysteine Protection Enables Homogeneous Multi-Drug Antibody–Drug Conjugates. Angew Chem Int Ed. 2017;56(3)（保護基化学合成中に反応させたくない官能基を一時的にマスクする化学基で、目的の反応後に除去されてもとの官能基が露出する。詳しく →の差による直交性、二段での結合）
• Yamazaki CM, et al. Antibody-drug conjugates with dual payloads for combating breast tumor heterogeneity and drug resistance. Nat Commun. 2021;12:3528（分岐リンカーのアジドとメチルテトラジン、2+2・4+2・2+4）
• Homogeneous antibody-drug conjugates with dual payloads: potential, methods and considerations. mAbs. 2025. DOI 10.1080/19420862.2025.2498162（多官能リンカー、天然・非天然アミノ酸、酵素の4方式の比較）
• Branched Linkers for Homogeneous Antibody-Drug Conjugates: How Long Is Long Enough? Int J Mol Sci. 2024;25(24):13356. PMC11678271（分岐リンカーの長さと効力、PEG4の差）
• Sutro Biopharma, AACR 2026 での前臨床データ発表（DAR 2 と DAR 8、比1対4）
• Wagner, et al. Comprehensive evaluation of the analytical toolbox for commercial cysteine-linked antibody-drug conjugates. J Chromatogr A. 2026, 466966. DOI 10.1016/j.chroma.2026.466966（HIC-UVの親水性ペイロードでの限界）