Combining phage display with mammalian display
Antibody phage display is a well-established and robust method for the selection of antibody fragments from large libraries. However, the antibody fragments used in the phage display selection, such as the scFv, have to routinely undergo a switch of antibody format before being suitable for their intended biotechnological, diagnostic or therapeutic application. Moreover, in most application cases the antibody – which is generated by bacterial cells in the context of phage display – is produced in a mammalian system. Such changes in antibody format and production system may pose serious difficulties by affecting the specificity, producibility or developability of the antibody of interest. Therefore, there is a need for an antibody selection workflow that accounts for the mammalian production system while holding onto the advantages of phage display in terms of flexibility and robustness.
The present work aimed to establish a new workflow integrating phage display and mammalian display antibody selection. It was shown that antibody libraries pre-selected in 2 or 3 rounds of phage display can be presented on the surface of mammalian cells, and that antibody genes can be isolated from mammalian cells selected on the basis of their binding of the target antigen.
The new workflow was tested on the targets mesothelin (MSLN) and CEACAM5 (CEA). A total of 23 antibodies were selected in phage display and mammalian display for comparison of their binding capabilities to the respective target protein. The antibodies selected in phage display showed an overall better performance than the antibodies selected in mammalian display.
The mammalian display workflow as presented here did not lead to an enrichment of specific and well-producible antibodies. It is presumed that monoclonal transfection into the mammalian cells was not achieved, which prevents the workflow from having practical use without improving it further.
Das Phagen-Display von Antikörpern ist eine gut etablierte und robuste Methode zur Auswahl von Antikörperfragmenten aus großen Bibliotheken. Allerdings müssen die bei der Phage-Display-Selektion verwendeten Antikörperfragmente, wie z.B. scFv, routinemäßig einen Wechsel des Antikörperformats durchlaufen, bevor sie für die beabsichtigte biotechnologische, diagnostische oder therapeutische Anwendung geeignet sind. Außerdem wird in den meisten Anwendungsfällen der Antikörper, der im Rahmen der Selektion im Phagen-Display von Bakterienzellen erzeugt wird, in einem Säugetiersystem produziert. Derartige Änderungen des Antikörperformats und des Produktionssystems können ernsthafte Schwierigkeiten mit sich bringen, da sie die Spezifität, die Herstellbarkeit und die Entwicklungsfähigkeit des gewünschten Antikörpers beeinträchtigen können. Daher besteht ein Bedarf an einem Workflow für die Antikörperselektion, der das Produktionssystem in Säugetieren berücksichtigt und gleichzeitig die Vorteile des Phagendisplays in Bezug auf Flexibilität und Robustheit beibehält. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, einen neuen Workflow zu etablieren, der die Antikörperselektion mittels Phagen-Display und Mammalia-Display integriert. Es wurde gezeigt, dass Antikörperbibliotheken, die in 2 oder 3 Runden Phagen-Display vorselektiert wurden, auf der Oberfläche von Säugetierzellen präsentiert werden können, und dass Antikörpergene aus Säugetierzellen isoliert werden können, die auf der Grundlage ihrer Bindung an das Zielantigen selektiert wurden. Der neue Workflow wurde an den Zielantigenen Mesothelin (MSLN) und CEACAM5 (CEA) getestet. Insgesamt wurden 23 Antikörper im Phagen-Display und im Mammalia-Display ausgewählt, um ihre Bindeeigenschaften an das jeweilige Zielprotein zu vergleichen. Die im Phagen-Display ausgewählten Antikörper zeigten insgesamt eine bessere Bindung als die im Mammalia-Display ausgewählten Antikörper. Der hier vorgestellte Mammalia-Display-Workflow führte nicht zu einer Anreicherung spezifischer und gut reproduzierbarer Antikörper. Es wird vermutet, dass die monoklonale Transfektion in die Säugetierzellen nicht erreicht wurde, was den Workflow ohne weitere Verbesserungen für die Praxis unbrauchbar macht.
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