Биоконъюгации и Radiosynthesis из⁸⁹ Zr-ДФО меченых антител

Из-за их замечательной чувствительностью, близость, и селективности, антитела уже давно считаются перспективными векторы для доставки радиоизотопов для раковых клеток. Тем не менее, их применение в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) была затруднена из-за отсутствия подходящего позитронно-эмиссионной радиоактивного изотопа их маркировки. ^1-3 Один из наиболее важных аспектов при проектировании radioimmunoconjugates является соответствие физического распада наполовину Жизнь радиоизотопа к виво фармакокинетики в антитела. Более конкретно, антитела часто имеют относительно длинные, многодневные биологический период полураспада и, следовательно, должны быть помечены радиоактивными изотопами с сопоставимыми физическими полураспада. Для приложений, ПЭТ, антитела традиционно радиоактивным ⁶⁴ Cu (T _1/2 = 12,7 ч), ⁸⁶ Y (T _1/2 = 14,7 ч), или ¹²⁴ (Г _1/2 = 4,18 D). ^{4, 5} Однако каждый изЭти изотопы обладает значительными ограничениями, которые препятствуют их пригодности для клинической визуализации. В то время как radioimmunoconjugates с маркировкой ⁸⁶ Y и ⁶⁴ Cu доказали перспективным в доклинических исследованиях, как изотопы обладают физическими полураспада, которые являются слишком коротка, чтобы быть эффективным для визуализации в организме человека. ¹²⁴ Я, напротив, имеет почти идеальную физическую полураспада изображений с антителами, но это дорого и имеет субоптимальные характеристики распада, которые приводят к относительно низким разрешением клинических изображений. Кроме того, ¹²⁴ radioimmunoconjugates I-меченого может быть предметом Дегалогенирование в естественных условиях, процесс, который может привести к снижению опухоли к фону отношения активности. ^6,7

Привод, чтобы найти позитронно-эмиссионной радиоактивного изотопа вытеснить ⁶⁴ Cu, ⁸⁶ Y и ¹²⁴ я в radioimmunoconjugates вызвал недавний всплеск исследований по ⁸⁹ Zr-меченых антител. ^8-12 Tон причиной появления ⁸⁹ Zr прост: радиоактивный обладает почти идеальной химические и физические свойства для использования в диагностических ПЭТ radioimmunoconjugates ^{13 89} Zr производится через ⁸⁹ Y (P, N) ⁸⁹ Zr реакции на циклотроне с использованием. коммерчески доступны и 100% естественно обильные ⁸⁹ Y цель. ^14,15 радиоактивный имеет позитронов выход 23%, распадается с периодом полураспада 78,4 ч и излучает позитроны с относительно низкой энергией 395,5 кэВ (рис 1). ^13,16,17 Важно отметить, что ⁸⁹ Zr и излучает высокую энергию, 909 кэВ γ-луча с эффективностью 99%. В то время как это излучение не мешает энергично испускаемых 511 кэВ фотонов, это требует дополнительных рассмотрение в связи с транспортировки, погрузки и дозиметрии. Несмотря на это предостережение, эти характеристики распада, в конечном счете означает, что ⁸⁹ Zr не только имеет более благоприятный часУкороченный жизнь для работы с изображениями с антителами, чем ⁸⁶ Y и ⁶⁴ Cu, но также может производить изображения более высокого разрешения, чем ¹²⁴ I, который испускает позитроны с более высокими энергиями 687 и 975 кэВ, а также числа фотонов с энергиями в 100-150 кэВ на 511 кэВ позитрон-создано фотоны. ¹³ Кроме того, ⁸⁹ Zr также более безопасным в обращении, дешевле в производстве, и в residualizes опухолей более эффективно, чем его аналог радиоактивного йода. ^18,19 Одним из потенциальных ограничений на ⁸⁹ Zr является то, что он не имеет Терапевтический изотополога, например, ⁸⁶ Y (ПЭТ) по сравнению с ⁹⁰ Y (терапия). Это исключает строительство химически идентичных суррогатных средств визуализации, которые могут быть использованы в качестве дозиметрических разведчиков для своих терапевтических аналогов. Это сказало, исследования показывают, что ⁸⁹ Zr-меченые антитела имеют потенциал в качестве изображений суррогатов ⁹⁰ Y- и ¹⁷⁷ Lu-меченых иммуноконъюгатов.^20,21

С химической точки зрения, в качестве металла группы IV, ⁸⁹ Zr существует в виде 4 катиона в водном растворе. Ион ZR ⁴⁺ весьма напряженной, относительно большой (вступает в силу ионный радиус = 0,84 Å), и может быть классифицирован как «жесткого» катиона. Таким образом, он обладает предпочтение лигандов, имеющих до восьми жестких, анионных доноров кислорода. Легко наиболее распространенным хелатор используется в ⁸⁹ Zr-меченых radioimmunoconjugates является десферриоксамин (ДФО), сидерофор происхождения, ациклические хелатор подшипник три гидроксаматные группы. Лиганд стабильно координирует катионы Zr ⁴⁺ быстро и чисто при комнатной температуре в биологически соответствующих значениях рН, и полученную Zr-ДФО комплекс остается стабильным в течение нескольких дней в физиологическом растворе, сыворотке крови, и цельной крови. ²² Вычислительные исследования убедительно свидетельствуют что ДФО образует hexacoordinate комплекс с Zr ^4+, в котором металл центр координируется с тремя NEUTRAL и три анионные доноры кислорода лиганда, а также два экзогенных лигандов воды (Рисунок 2). ^23,24 поведение в естественных условиях radioimmunoconjugates, использующих сопряжения эшафот ⁸⁹ Zr-ДФО в целом был превосходным. Тем не менее, в некоторых случаях, изображений и острые исследования показали, биораспределени повышенные уровни активности в кости мышей, которым вводили ⁸⁹ Zr-меченых антител, данные, которые показывают, что osteophilic ⁸⁹ Zr ⁴⁺ катион выходит из хелатообразующего агента в естественных условиях, а затем минерализуется в кости. ²⁵ В последнее время ряд исследований в разработке новых ⁸⁹ Zr ⁴⁺ энтеросорбенты, особенно лигандов с восемью кислородные доноры появились в литературе. ^24,26,27 Тем не менее, в настоящее время, ДФО является наиболее широко используется хелатор в ⁸⁹ Zr-меченых radioimmunoconjugates с большим отрывом. Множество различныхСтратегии биоконъюгации были использованы для присоединения к антителам ДФО, в том числе Биоортогональные реакции щелчком, реакцию тиол-реактивного ДФО строит с цистеинов в антителе, и реакцию активированного эфира несущих конструкций с ДФО лизина в антителе. ^{4,28- 30} Легко наиболее распространенная стратегия, однако, было использование изотиоцианатом несущей производной ДФО ДФО-NCS (Рисунок 2). ²² Это коммерчески доступны бифункциональное хелатор решительно и надежно образует устойчивые ковалентные тиомочевины связи с лизинов антитела (фиг.3).

За последние несколько лет, широкий спектр ⁸⁹ Zr-ДФО-меченых radioimmunoconjugates были описаны в литературе. Доклинические исследования были особенно многочисленны, показывая антител, начиная от более известной цетуксимаб, бевацизумаб, и трастузумаб более эзотерических антитела, такие как CD105 таргетирования TRC105 и свободного ПСА таргетирования 5À10. ^30-36 Совсем недавно, небольшое количество ранней фазе клинических испытаний с использованием ⁸⁹ Zr-ДФО меченых антител появились в литературе. В частности, группы в Нидерландах опубликованных исследований, использующих ⁸⁹ Zr-ДФО cmAb U36, ⁸⁹ Zr-ДФО Ibritumomab Tiuxetan и ⁸⁹ Zr-ДФО трастузумаб. ^21,32,37 Кроме того, целый ряд других клинических испытаниях с ⁸⁹ Zr меченные radioimmunoconjugates являются в настоящее время, в том числе исследований здесь, в Memorial Sloan Kettering онкологический центр с использованием ПСМА-таргетинга ⁸⁹ ZR-ДФО J591 для работы с изображениями рака простаты и HER2-таргетинга ⁸⁹ ZR-ДФО трастузумаб для визуализации рака молочной железы. ^{23, 30} Кроме того, в то время как радиоактивно меченные антитела остаются наиболее распространенные ⁸⁹ Zr-меченых радиофармацевтических препаратов, радиоактивного металла также чаще используют с другими векторами, в том числе пептидов, белков и наноматериалов. ^38-43 </sup>

Модульность этого ⁸⁹ Zr-ДФО методологии маркировка огромным активом. Репертуар биомаркеров таргетирования антител постоянно расширяется, и интерес в выполнении в естественных условиях ПЭТ с использованием этих конструкций растет быстрыми темпами. В результате, мы считаем, что развитие более стандартизированной практики и протоколов может принести пользу на поле. Отличные письменные экспериментальный протокол для ДФО NCS сопряжения и ⁸⁹ Zr радиомечения уже были опубликованы Vosjan и др. ²² Мы считаем, что наглядная демонстрация, предусмотренных настоящим работы могли бы еще помочь следователям, новые для этих методов. В протоколе в стороны, простата-специфический мембранный антиген ориентации J591 антитела будут использованы в качестве модельной системы для иллюстрации (1) биоконъюгации бифункционального хелатообразующего агента ДФО-изотиоцианат с антителом, (2) radiosynthesis и очистка ⁸⁹ Zr-ДФО МАБ radioimmunoconjugate,и (3) в естественных ПЭТ с ⁸⁹ Zr-ДФО монАТ radioimmunoconjugate в мышиной модели рака. ^23,44,45