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有效負載是 ADC 的三個主要組件之一。它們是高活性和有毒的藥物分子，通過化學接頭連接到抗體上。有效負載可以是小分子、蛋白質毒素、生物活性肽、酶，甚至放射性核素。
抗體藥物偶聯物 (ADC) 的效力取決于其在腫瘤細胞和組織中的細胞毒性有效負載的最終濃度。反過來，該濃度取決于 ADC 表面上有效負載的分布、綴合物穩定性和藥物的總體細胞毒性。為 ADC 選擇適當的有效負載取決于目標的性質、結構和分布以及其他屬性。
早期的 ADC 使用先前已批準用于臨床的藥物有效負載。然而，這些藥物由于毒性低，導致結果不佳，從而為 ADC 的研究帶來了新的方向。研究人員很快發現，對于非靶向臨床應用來說，ADC 的最佳有效負載是那些被證明毒性太大的有效負載。
目前，有效的有效載荷是能夠在納摩爾或皮摩爾范圍內殺死癌細胞的有效載荷。此外，為了有效，有效負載還需要具有相當的可溶性、非免疫原性（小），并且具有可與接頭綴合的反應位點。最后，藥物必須與 ADC 的連接基化學相容：可裂解或不可裂解。
大多數有效負載可以與可裂解的接頭綴合，因為作為對化學或物理信號的響應，這些分子橋在目標附近被去除。相反，不可切割的接頭穩定地附著在其有效負載上。因此，在估計有效負載的毒性時必須考慮連接體的存在，因為這種類型的化學通常會影響細胞毒性藥物的結構和活性。
為 ADC 開發的大多數細胞毒性有效負載屬于兩個主要家族：微管蛋白抑制劑（美登木素生物堿、auristatin 或紫杉醇衍生物）和DNA 修飾劑（主要是加利剎霉素）。所有這些藥物都在納米和皮摩爾范圍內表現出強大的細胞毒性——毒性太大而無法全身給藥。
微管蛋白抑制劑有效負載在細胞生長過程中通過有絲分裂停滯引起細胞死亡而發揮作用。由于其有利的生化特性，它們代表了主要的有效載荷類別。此類中最著名的化合物是單甲基 auristatin E (MMAE) 和 F (MMAF)，這兩種合成化合物均源自天然抗有絲分裂藥物多拉司他汀 10。目前，幾種已批準的 ADC 攜帶 MMAE，包括 brentuximab vedotin、polatuzumab vedotin 和 enfortumab vedotin。
相比之下，DNA 損傷劑的作用與細胞的生長過程無關。它們經常被描述為分子剪刀，因為它們能夠切割基因組 DNA，從而導致細胞死亡。目前正在積極臨床開發的其他類型的藥物有效負載包括 RNA 修飾藥物（鵝膏毒素）、蛋白質毒素、抗生素和酶。
| 有效載荷等級 | 作用機制 | 例子 |
|---|---|---|
| 奧利他汀類 | 微管蛋白聚合酶抑制劑 | 單甲基奧里斯他汀 E (MMAE) 和單甲基奧里斯他汀 F (MMAF) |
| 美登素 | 微管蛋白解聚 | 美登木素生物堿（DM1 和 DM4） |
| 加利車霉素 | DNA切割 | 加利車霉素γ1 |
| 雙金霉素 | DNA小溝烷化劑 | CC-1065 和多卡霉素 SA |
| 吡咯并苯二氮卓類 (PBD) 二聚體 | DNA小溝交聯劑 | PBD衍生物 |
| 鵝膏毒素 | RNA聚合酶II抑制劑 | α-鵝膏蕈堿 |
| 蛋白質毒素或免疫毒素 | 一些 | 假單胞菌外毒素 (PE) 和白喉毒素 (DT) |
| 抗生素 | 一些 | 4-二甲氨基哌啶-羥基苯并惡嗪利福霉素 (dmDNA31) |
| 酶 | 一些 | β-葡萄糖醛酸酶、脲酶等 |
一般來說，術語ADC是指抗體和小藥物之間的結合。最后三類有效負載由大分子組成，由于藥效學受阻和作用機制不同，這些大分子帶來了不同的挑戰。例如，與抗生素的結合被認為是 ADC 的新興子類，通常被稱為抗體-抗生素結合物(AAC)。這些結合物的出現是由于多重耐藥細菌的日益流行和抗生素管道的減少。 AAC 由于其特異性而提供了傳統抗生素療法的替代方案，可以在不干擾健康微生物群的情況下針對特定的致病菌群。
同樣，與酶的綴合通常稱為抗體-酶綴合物。這些綴合物通常采用兩步策略，包括與綴合物一起使用前藥。該前藥作為無毒前體，可以全身給藥，并且只有在 ADC 酶促部分存在的情況下才能轉化為其毒性形式。目前正在進行獨立于前藥的酶綴合物的開發。
由于大型生物活性分子帶來了一系列的挑戰，酶和抗生素綴合物都被認為獨立于傳統的 ADC 開發。
這些有效負載可以作為游離藥物（即，當使用可裂解接頭技術時）、作為接頭-有效負載復合物（即，當使用不可裂解接頭技術時）或封裝在納米載體內遞送至其特定靶點。在 ADC 開發中使用納米載體是一個相對較新的研究領域。這些載體包括基于脂質的顆粒，例如脂質體和聚合物分子。它們旨在為每個 ADC 封裝大量藥物，增強其藥代動力學和分布，保護藥物免于過早降解，增加疏水性藥物的溶解度，并增強其跨細胞膜的擴散。
總之，納米載體試圖減輕單克隆抗體表面可用綴合位點數量有限所帶來的問題，同時最大限度地提高每種抗體可以遞送至其預期靶標的濃度。然而，目前抗體-納米載體綴合物尚未進入市場。
ADC 開發中最大的挑戰之一是平衡有效負載功效與 ADC 安全性。這兩個特性不僅取決于有效負載的固有毒性，還取決于藥物與抗體的比率 (DAR) 和連接體化學的穩定性。目前正在開發幾種方法，試圖增加抗體和小藥物有效負載之間的協同作用。這些策略大多數集中在接頭化學的改進以及 ADC 與其他療法（例如免疫檢查點抑制劑）的組合上。
然而，與其他研究領域相比，新型有效載荷的開發已經滯后。該市場主要由 auristatins 和美登木素生物堿衍生物主導，PBD 二聚體在 ADC 應用中慢慢占據一席之地。 ADC 開發有效負載選擇受到限制的原因與合成方面的限制有關。用于快速合成有效負載的前體的可用性仍然是該過程中具限制的步驟。
目前，專家認為，有效負載方面的改進應側重于開發具有成本效益的前體，以實現快速合成和增強藥物溶解機制（例如，使用納米載體）。
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