O bioconjugação e radiossíntese de ⁸⁹ Anticorpos Zr-DFO-rotulados

Devido à sua notável sensibilidade, afinidade e selectividade, os anticorpos têm sido considerados promissores vectores para a entrega de radioisótopos a células cancerosas. No entanto, a sua aplicação em tomografia por emissão de pósitrons (PET) tem sido dificultada pela falta de um radioisótopo emissor de positrões adequado para a sua rotulagem. ^1-3 Uma das considerações mais importantes no projeto de radioimunoconjugados está combinando a decadência física meia- vida do radioisótopo para os farmacocinética in vivo do anticorpo. Mais especificamente, os anticorpos têm muitas vezes, de vários dias biológicos meia-vida relativamente longa e, portanto, devem ser rotulados com radioisótopos com meia-vida física comparáveis. Para aplicações de imagem PET, os anticorpos têm sido tradicionalmente radiolabeled com ⁶⁴ Cu (t _1/2 = 12,7 horas), ⁸⁶ Y (t _1/2 = 14,7 horas), ou ¹²⁴ I (t _1/2 = 4,18 d). ^{4, 5} No entanto, cada um dosesses radioisótopos possui limitações significativas que dificultam a sua adequação para a imagem latente clínica. Enquanto radioimunoconjugados marcados com ⁸⁶ Y e ⁶⁴ Cu provaram promissora em investigações pré-clínicas, ambos os isótopos possuem meias-vidas físicas que são demasiado curto para ser eficaz para imagiologia em humanos. ¹²⁴ I, em contraste, possui uma meia-vida física quase ideal para imagiologia com anticorpos, mas é caro e tem características de degradação que levam à sub-óptimos relativamente baixa resolução de imagens clínicas. Além disso, ¹²⁴ radioimunoconjugados marcado-I podem estar sujeitos a desalogenação in vivo, um processo que pode diminuir índices de atividade tumoral-a-fundo. ^6,7

O esforço para encontrar um radioisótopo emissor de pósitrons para suplantar ⁶⁴ Cu, ⁸⁶ Y, e ¹²⁴ I em radioimunoconjugados tem alimentado a recente onda de pesquisa em ⁸⁹ anticorpos Zr-marcados. ^8-12 Tele razão para o advento de Zr ⁸⁹ é bastante simples: o metal radioactivo possui propriedades físicas, químicas e quase ideal para o uso em diagnóstico PET radioimunoconjugados ^{13 89} Zr é produzido através da ⁸⁹ Y (p, n) ⁸⁹ Zr reacção num ciclotrão utilizando um. comercialmente disponível e de 100% natural abundante alvo Y ^{89. 14,15} O metal radioactivo tem um rendimento de 23% de positrões, decai com uma meia-vida de 78,4 horas, e emite positrões com a energia relativamente baixa de 395,5 keV (Figura 1). ^13,16,17 É importante notar que ⁸⁹ Zr também emite uma energia alta, 909 keV γ-raios com 99% de eficiência. Enquanto esta emissão não interfere activamente com as emitidas 511 fótons keV, requer consideração extra no que diz respeito ao transporte, manuseio, e dosimetria. Apesar dessa ressalva, estas características de degradação em última análise, significa que ⁸⁹ Zr não só tem um h mais favorávelalf-vida para a imagem latente com anticorpos do que ⁸⁶ Y e ⁶⁴ Cu, mas também pode produzir imagens de alta resolução de ¹²⁴ I, que emite pósitrons com energias superiores de 687 e 975 keV, bem como um número de fótons com energias dentro de 100-150 keV de os fotões criado-positrão 511 keV. ¹³ Além disso, ⁸⁹ Zr também é mais seguro de manusear, menos caros de produzir, e residualizes nos tumores de forma mais eficaz do que a sua contrapartida com iodo radioactivo. ^18,19 Uma limitação potencial de ⁸⁹ Zr é que ela não possui um isotop�ogo terapêutico, por exemplo, ⁸⁶ Y (PET) vs. ⁹⁰ Y (terapia). Isso impede a construção de agentes de imagem quimicamente idênticos, substitutos que podem ser utilizados como batedores de dosimetria para os seus homólogos terapêuticas. Dito isso, as investigações sugerem que ⁸⁹ anticorpos Zr-rotulados têm potencial como substitutos de imagem para ⁹⁰ Y- e ¹⁷⁷ imunocon Lu-marcados.^20,21

De um ponto de vista químico, tal como um metal do Grupo IV, ⁸⁹ Zr existe como um catião 4 em solução aquosa. Ion O Zr ⁴⁺ é altamente carregada, relativamente grande (raio efetivo = 0,84 Å), e pode ser classificado como um cátion "hard". Como tal, ele exibe uma preferência para os ligandos de rolamento até oito doadores de oxigénio, rígidos aniónicos. Facilmente o quelante mais comum usado em ⁸⁹ radioimunoconjugados Zr-rotulados é desferrioxamine (DFO), um quelante acíclico derivados de siderophore tendo três grupos hidroxamato. O ligando de forma estável coordena o catião Zr ⁴⁺ rapidamente e de forma limpa à temperatura ambiente a níveis de pH biologicamente relevantes, e o complexo de Zr-DFO resultante permanece estável ao longo de vários dias em soro fisiológico, soro do sangue, e sangue total. ²² Estudos computacionais sugerem fortemente DFO que forma um complexo com hexacoordinate Zr ^4+, em que o centro metálico está coordenado a três neutral e três dadores de oxigénio aniónicos do ligando, bem como dois ligandos de água exógenos (Figura 2). ^23,24 O comportamento in vivo dos radioimunoconjugados empregando a conjugação de andaime ⁸⁹ Zr-DFO tem sido geralmente excelente. No entanto, em alguns casos, a imagiologia e estudos de biodistribuição agudas revelaram níveis elevados de actividade nos ossos dos ratinhos injectados com ⁸⁹ anticorpos marcados, Zr dados que sugerem que o osteophilic ⁸⁹ Zr ⁴⁺ catião é libertado do quelante in vivo e, subsequentemente, mineraliza no osso. ²⁵ Recentemente, uma série de investigações sobre o desenvolvimento de novos ⁸⁹ Zr ⁴⁺ quelantes particularmente ligandos doadores de oxigénio, com oito têm aparecido na literatura. ^24,26,27 No entanto, no presente, o DFO é o quelante mais amplamente empregado em ⁸⁹ radioimunoconjugados Zr marcado por uma larga margem. Uma variedade de diferentesbioconjugação estratégias têm sido utilizadas para fixar o DFO aos anticorpos, incluindo clique química bioorthogonal, a reacção da tiol-reactivo DFO constrói com cisteínas em que o anticorpo, e a reacção de activado DFO-éster tendo constrói com lisinas do anticorpo. ^{4,28- 30} facilmente a estratégia mais comum, no entanto, tem sido a utilização de um derivado de isotiocianato de rolamento de DFO, o DFO-NCS (Figura 2). ²² Este quelante bifuncional disponível comercialmente de forma robusta e fiável, forma ligações covalentes estáveis ​​com as lisinas de tioureia da anticorpo (Figura 3).

Ao longo dos últimos anos, uma grande variedade de ⁸⁹ radioimunoconjugados Zr-DFO-rotulados foram relatados na literatura. Investigações pré-clínicas têm sido especialmente abundante, com anticorpos que vão desde o mais conhecido cetuximab, bevacizumab, e trastuzumab para anticorpos mais esotéricas, como o de segmentação CD105 TRC105 e fPSA-targeting 5A10. ^30-36 Mais recentemente, um pequeno número de ensaios clínicos de fase precoce utilizando ⁸⁹ anticorpos Zr-DFO-rotulados têm surgido na literatura. Ensaios Especificamente, os grupos na Holanda publicaram que empregam ⁸⁹ Zr-DFO-IACM U36, ⁸⁹ Zr-DFO-ibritumomab tiuxetan, e ⁸⁹ Zr-DFO-trastuzumab. ^21,32,37 Além disso, uma série de outros estudos clínicos com ⁸⁹ radioimunoconjugados Zr-marcadas estão em andamento, incluindo as investigações aqui no Memorial Sloan Kettering Cancer Center, usando o PSMA-alvo ⁸⁹ Zr-DFO-J591 para geração de imagens de câncer de próstata e ⁸⁹ Zr-DFO-trastuzumab-alvo HER2 para geração de imagens de câncer de mama. ^{23, 30} Além disso, enquanto que os anticorpos radiomarcados permanecem as mais comuns ⁸⁹ Zr-radiofármacos marcados, o metal radioactivo tem sido cada vez mais utilizado com outros vectores, incluindo péptidos, proteínas e ^38-43 nanomateriais. </sup>

A modularidade deste ⁸⁹ Zr-DFO metodologia rotulagem é uma enorme vantagem. O repertório de anticorpos de segmentação de biomarcadores é cada vez maior, e o interesse em realizar em imagem PET vivo usando essas construções está crescendo em ritmo acelerado. Como resultado, acreditamos que o desenvolvimento de práticas mais padronizados e protocolos poderia beneficiar o campo. Um excelente protocolo experimental escrito para DFO-NCS conjugação e ⁸⁹ Zr radiolabeling já foi publicada por Vosjan, et al. ²² Consideramos que a demonstração visual proporcionado por este trabalho poderia ajudar ainda mais os investigadores novos para estas técnicas. No protocolo a mão, o antigénio da membrana alvo J591 anticorpo específico da próstata irá ser usado como um sistema modelo para ilustrar (1) a bioconjugação do quelante bifuncional DFO-isotiocianato de um anticorpo, (2) o radioss�tese e a purificação do ⁸⁹ Zr-DFO-mAb radioimunoconjugado,e (3) in vivo imagiologia de PET com ⁸⁹ um de Zr-DFO-mAb radioimunoconjugado em um modelo murino de cancro. ^23,44,45