Mechanically-induced aggregation of the monoclonal antibody cetuximab

This study focuses on the mechanically-induced aggregation of the anticancer monoclonal antibody cetuximab and its mechanism by comparing two commercially-available formulations (old formulation [OF]: 2mg/ml in phosphate buffer; new formulation [NF]: 5mg/ml in citrate buffer with polysorbate 80 and glycine). Cetuximab aggregation under stirring was followed during a 24h period and several methods were used to describe the aggregation kinetics (turbidimetry, size-exclusion high performance liquid chromatography, cation-exchange chromatography, dynamic light scattering and peptide mapping). Depending on the formulation, the aggregation process followed different kinetics: biexponential for the OF and mono-exponential for the NF. The percentage of aggregation after 24h stirring-period was about 25% for the OF but was only 2% for the NF corresponding to a ten-fold improvement, demonstrating a strong protecting effect of polysorbate and glycine. The aggregates are mainly due to an increased exposure of antibody molecules to air/liquid interface and are formed without chemical alteration of the antibody structure. This improvement of cetuximab stability by a new formulation seems linked to the stabilisation of cetuximab under dimeric form by a higher protein concentration and the presence of stabilizing excipients.

Ce travail étudie l’agrégation induite mécaniquement de l’anticorps monoclonal cétuximab en comparant le comportement de deux formulations commerciales (ancienne formulation [AF] : 2mg/ml dans un tampon phosphate ; nouvelle formulation [NF] : 5mg/ml dans un tampon citrate contenant du polysorbate 80 et de la glycine). L’agrégation du cetuximab sous agitation a été suivie pendant 24heures et plusieurs méthodes ont été utilisées pour décrire la cinétique d’agrégation ; turbidimétrie, chromatographie d’exclusion de gel, chromatographie ionique, diffraction dynamique de la lumière et carte peptidique. En fonction de la formulation, le processus d’agrégation suit des cinétiques différentes : biexponentielle pour l’ancienne formulation et mono-exponentielle pour la nouvelle. Le pourcentage d’agrégation après 24heures était d’environ 25 % pour l’ancienne formulation et seulement de 2 % pour la nouvelle correspondant à une amélioration de la stabilité supérieure d’un facteur 10 et démontrant l’effet stabilisateur majeur de l’addition de polysorbate de glycine. Les aggrégats sont essentiellement liés à une augmentation de l’exposition de l’anticorps en solution à l’interface liquide/air et sont formés sans altération chimique de la structure. L’augmentation de la stabilité du cétuximab au stress mécanique dans la nouvelle formulation semble liée à la formation d’une forme dimérique non-covalente due à la concentration plus élevée en anticorps et à la présence d’agents stabilisants.