Radioimmunotherapy pretargeted התגובה תגובת דילס-אלדר דרישה אלקטרון הופכי
Summary
פרוטוקול זה מתאר את סינתזה של אפיון טרנס– cyclooctene (TCO)-שונה נוגדן, radioligand tetrazine התווית על-ידי Lu (ט ז) 177עבור pretargeted radioimmunotherapy (PRIT). בנוסף, זה מפרט את השימוש אלה בונה שני עבור ויוו biodistribution ומחקרים טיפול האורך במודל מאתר של סרטן המעי הגס.
Abstract
בעוד radioimmunotherapy (המדהימה) היא גישה מבטיחה לטיפול בסרטן, זמן מחצית החיים ארוכה פרמוקוקינטיים של נוגדנים radiolabeled יכול לגרום במנות קרינה גבוהה לרקמות בריאות. אולי לא מפתיע, מספר אסטרטגיות שונות פותחו כדי לעקוף מגבלה זו מטרידה. אחד המבטיח גישות אלה הוא pretargeted radioimmunotherapy (PRIT). PRIT מותנה בהשלמת decoupling של רדיונוקלידים מ אימונוגלובולינים מזריק אותם בנפרד, ואז ומאפשר להם לשלב ויוו -רקמת המטרה. גישה זו רתמות המאפיינים פילוח גידול יוצא דופן של נוגדנים תוך עוקפת את החסרונות פרמוקוקינטיים שלהם, ובכך הפחתת קרינה במינון הלא-יעד רקמות והקלה על השימוש radionuclides עם מחצית החיים כי הם נחשב שימוש קצר מדי עבור radioimmunoconjugates המסורתי. במהלך חמש השנים האחרונות, המעבדה שלנו ואחרים פיתחו גישה ויוו pretargeting התגובה תגובת דילס-אלדר (IEDDA) דרישה אלקטרון הופכי בין טרנס– cyclooctene (TCO) tetrazine (ט ז). אסטרטגיה זו הוחלה בהצלחה pretargeted טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET), פליטת פוטון בודד טומוגרפיה ממוחשבת (SPECT) הדמיה עם מגוון רחב של מערכות נוגדן-אנטיגן. עם זוג פרסומים אחרונים הראו את היעילות של מבוססי IEDDA PRIT מאתר דגמים של אדנוקרצינומה ductal הלבלב, סרטן המעי הגס. ב פרוטוקול זה, אנו מתארים פרוטוקולים עבור PRIT באמצעות radioligand tetrazine Lu דוטה-עם התווית של 177(Lu-DOTA-יתד [177Lu]7– ט ז), גרסה שונה-TCO של סרטן המעי הגס מיקוד נוגדן huA33 (huA33-TCO). ליתר דיוק, נתאר את בניית huA33-TCO, סינתזה, Lu-DOTA-יתד radiolabeling של [177Lu]7– ט ז, ואת הביצועים של ויוו biodistribution ומחקרים טיפול האורך במודלים מאתר של סרטן המעי הגס.
Introduction
Radioimmunotherapy (המדהימה) – השימוש של נוגדנים עבור מסירת radionuclides טיפולית גידולים — כבר זמן רב בגישה מפתה לטיפול בסרטן1,2. אכן, הבטחה זו יש כבר שרווחים על-ידי האישור של מינהל התרופות והמזון ארה של שני radioimmunoconjugates לטיפול לימפומה של מחלת הודג’קין: 90Y-ibritumomab tiuxetan, 131-tositumomab3 , 4. עדיין אפילו החל מראשית ימיה, הסיכויים קליני של אירית יש כבר הקשו על ידי סיבוך קריטי: המחירים מינון קרינה גבוהה רקמות בריאה5,6. באופן כללי, radioimmunoconjugates עבור המדהימה מסומנות עם חיים ארוכים radionuclides (למשל, 131אני [t½ = 8.0 ימים] 90Y [t½ = 2.7 ימים]) עם חצי-החיים הגשמיים זה משתלב היטב עם ארוכה פרמוקוקינטיים מחצית החיים של immunoglobulins. זה חיוני, שהיא מבטיחה שאת הרדיואקטיביות מספיק נשאר ברגע הנוגדן הגיעה biodistribution האופטימלי שלה לאחר מספר ימים של מחזור הדם. עם זאת, שילוב זה של מגורים רב פעמים בדם וב פיזי זמן מחצית החיים תוצאות באופן בלתי נמנע ההקרנות של רקמות בריאה, ובכך להפחית את יחסי טיפולית והגבלת את היעילות של טיפול7. מספר אסטרטגיות נחקרו כדי לעקוף בעיה זו, כולל השימוש של נוגדן שנחתכו קטעים כגון Fab, Fab’, F(ab’)2, minibodies ו- nanobodies8,9,10. אחד של המבטיח ומרתק, עדיין גישות מורכבות ללא ספק, אלטרנטיבית היא ויוו pretargeting11.
In vivo pretargeting היא גישה הדמיה גרעינית וטיפול המבקשת לרתום את הזיקה מעולה ואת סלקטיביות של נוגדנים תוך עוקפת את החסרונות פרמוקוקינטיים11,12,13. למטרה זו, הוא הנוגדן radiolabeled בשימוש מסורתי radioimmunotherapy לשעשוע שני רכיבים: radioligand מולקולה קטנה, של immunoconjugate ניתן לאגד הן אנטיגן הגידול ולא את radioligand הנ ל. Immunoconjugate מוזרק ראשון, בהתחשב ‘התחלה’, לעיתים מספר ימים, במהלכם הוא מצטבר ברקמות היעד, מנקה מהדם. לאחר מכן, radioligand מולקולה קטנה מנוהל, משלב immunoconjugate בבית הגידול או מנקה במהירות מהגוף. בעיקרו של דבר, אין ויוו pretargeting מסתמך על ביצוע radiochemistry בתוך הגוף עצמו. על-ידי הפחתת זרימת הדם הרדיואקטיביות, גישה זו בו זמנית מפחית את מינון הקרינה לרקמות בריא ומקל את השימוש radionuclides (למשל, 68Ga, t½ = 68 דקות211; כ, t½ = 7.2 h) עם מחצית החיים נחשבים בדרך כלל בקנה אחד עם נוגדן מבוססי וקטורים.
החל בסוף שנות השמונים, קומץ של גישות שונות ל ויוו pretargeting פותחו, כולל אסטרטגיות בהתבסס על bispecific נוגדנים, האינטראקציה בין streptavidin לבין ביוטין, והכלאה משלימים oligonucleotides14,15,16,17,18. עוד אחד מוחזקת בחזרה בדרגות מאת סיבוכים, immunogenicity חזק ביותר של נוגדנים streptavidin-לאחרונה19,20. במהלך חמש השנים האחרונות, הקבוצה שלנו ואחרים פיתחו גישה ויוו pretargeting מבוסס על ראפיד, bioorthogonal אלקטרון הופכי דרישה תגובת דילס-אלדר מצדו בין טרנס– cyclooctene (TCO) tetrazine (ט ז) 21,22,23,24. המצליחה ביותר של אסטרטגיות אלו המועסקים של נוגדן TCO-לאחרונה, radioligand ט ז-מיסב, כמו TCO הוא בדרך כלל יותר יציב ויוו שלה צ’ שותף (איור 1)25,26. כמו אחרים מתודולוגיות pretargeting, immunoconjugate mAb-TCO מנוהל קודם, זמן לנקות מהמחזור ולצבור ברקמת הגידול. לאחר מכן, radioligand ט ז מולקולה קטנה מוזרק, לאחר מכן הוא לוחץ עם immunoconjugate בתוך רקמת המטרה או מנקה במהירות מהגוף. זה ויוו pretargeting אסטרטגיה הוכיחה יעילים עבור חיית המחמד, SPECT הדמיה עם מספר נוגדנים שונים/אנטיגן מערכות באופן עקבי בהפקת תמונות עם ניגודיות גבוהה, ומאפשר שימוש radionuclides קצרת ימים כגון 18 F (t½ = 109 דקות) ו- 64Cu (t1/2 = 12.7 h)22,21,24. לאחרונה, היעילות של מבוסס-לחץ על radioimmunotherapy pretargeted (PRIT) הוכח במודלים מאתר של אדנוקרצינומה ductal הלבלב (PDAC) ו קרצינומה של המעי הגס27,28. למטרה זו, רדיונוקלידים טיפולית 177Lu (βמקסימום = 498 קוו, t1/2 = יום 6.7) הועסק בשיתוף עם שני נוגדנים שונים: 5B1, אשר מטרות אנטיגן פחמימות 19.9 (CA19.9) ubiquitously לידי ביטוי PDAC , huA33, אשר מטרות A33, ביטוי גליקופרוטאין transmembrane > 95% ממקרי סרטן המעי הגס. בשני המקרים, גישה זו ל 177Lu-PRIT הניבו פעילות גבוהה ריכוזים ברקמת הגידול יצרו אפקט למינון הטיפולי, בו זמנית מופחת ריכוז פעילות ברקמות בריא לעומת המסורתי ישירות עם התווית radioimmunoconjugates.
במאמר זה, אנו מתארים פרוטוקולים עבור PRIT באמצעות radioligand tetrazine Lu דוטה-עם התווית של 177(Lu-DOTA-יתד [177Lu]7– ט ז), גרסה שונה-TCO של הנוגדן huA33 (huA33-TCO). ליתר דיוק, אנו מתארים את בניית huA33-TCO (איור 2), סינתזה, Lu-DOTA-יתד radiolabeling של [177Lu]7– צ’ (איור 3 ו- 4 באיור), ואת הביצועים של vivo ב biodistribution, טיפול האורך מחקרים במודלים מאתר של סרטן המעי הגס. יתר על כן, נציג תוצאות, דיון, אנחנו להציג ערכת נתונים לדוגמה, כתובת אסטרטגיות אפשריות עבור אופטימיזציה של גישה זו, ולשקול את האסטרטגיה הזאת בהקשר רחב יותר של ויוו pretargeting ו- PRIT. לבסוף, חשוב לשים לב כי בעוד בחרנו להתמקד pretargeting באמצעות huA33-TCO [177Lu] Lu-DOTA-יתד7– Tz ב פרוטוקול זה, אסטרטגיה זו היא מאוד מודולרית, ניתן להתאים כדי להתאים מגוון רחב של נוגדנים, radionuclides.
Protocol
Representative Results
Discussion
אחד היתרונות של גישה זו כדי ויוו pretargeting — במיוחד בקשר אסטרטגיות שהתבססו על נוגדנים bispecific, radiolabeled haptens — הוא המודולריות שלו: טרנס– cyclooctene moieties ניתן לצרף את כל נוגדן, tetrazine radioligands יכול להיות radiolabeled עם מגוון יוצא דופן של radionuclides בלי ופוגע ביכולתם להגיב עם שותפיהם לחץ. עדיין העיבוד של ג…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים תודה ד ר יעקב הוגטאון לשיחות מועיל. המחברים רוצה גם להודות NIH שלהם מימון נדיב (R00CA178205 ו- U01CA221046).
Materials
| (E)-Cyclooct-4-enyl 2,5-dioxo-1-pyrrolidinyl carbonate (TCO-NHS) | Sigma-Aldrich | 764523 | Store at -80 °C |
| 2,5-Dioxo-1-pyrrolidinyl 5-[4-(1,2,4,5-tetrazin-3-yl)benzylamino]-5-oxopentanoate (Tz-NHS) | Sigma-Aldrich | 764701 | Store at -80 °C |
| Acetonitrile (MeCN) | Fisher Scientific | A998-4 | |
| Ammonium Acetate (NH4OAc) | Fisher Scientific | A639-500 | |
| Boc-PEG7-amine (O-(2-Aminoethyl)-O′-[2-(Boc-amino)ethyl]hexaethylene glycol) | Sigma-Aldrich | 70023 | Store at -20 °C |
| Dichloromethane (DCM) | Fisher Scientific | D143-1 | |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO), anhydrous | Fisher Scientific | D12345 | |
| EMD Millipore Amicon Ultra-2 Centrifugal Filter Unit | Fisher Scientific | UFC205024 | |
| GE Healthcare Disposable PD-10 Desalting Columns | Fisher Scientific | 45-000-148 | |
| N,N-Dimethylformamide (DMF), anhydrous | Fisher Scientific | AC610941000 | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Fisher Scientific | 70-011-044 | 10x Concentrated |
| p-SCN-Bn-DOTA | Macrocyclics | B-205 | Store at -20 °C |
| Triethylamine (TEA) | Fisher Scientific | AC157911000 | |
| Trifluoroacetic Acid (TFA) | Fisher Scientific | A116-50 | |
| Tumor measuring device | Peira TM900 | Peira TM900 |
References
- Goldenberg, D. M. Targeted Therapy of Cancer with Radiolabeled Antibodies. Journal of Nuclear Medicine. 43 (5), 693-713 (2002).
- Goldenberg, D. M., et al. Radioimmunotherapy of B-cell Lymphomas with Iodine-131-labeled LL2 Monoclonal Antibody. Journal of Clinical Oncology. 9 (4), 548-564 (1991).
- Kaminski, M. S., et al. Radioimmunotherapy with 131I-Tositumomab for Relapsed or Refractory B-cell non-Hodgkin Lymphoma: Updated Results and Long-Term Follow-Up of the University of Michigan Experience. Blood. 96 (4), 1259-1266 (2000).
- Davies, A. J. Radioimmunotherapy for B-cell Lymphoma: Y90 Ibritumomab Tiuxetan and I131 Tositumomab. Oncogene. 26, 3614 (2007).
- Rajendran, J., et al. Comparison of Radiation Dose Estimation for Myeloablative Radioimmunotherapy for Relapsed or Recurrent Mantle Cell Lymphoma Using 131I Tositumomab to That of Other Types of Non-Hodgkin’s Lymphoma. Cancer Biotherapy and Radiopharmaceuticals. 19 (6), 738-745 (2004).
- Rajendran, J. G., et al. High-Dose 131I-Tositumomab (Anti-CD20) Radioimmunotherapy for Non-Hodgkin’s Lymphoma: Adjusting Radiation Absorbed Dose to Actual Organ Volumes. Journal of Nuclear Medicine. 45 (6), 1059-1064 (2004).
- Larson, S. M., Carrasquillo, J. A., Cheung, N. -. K. V., Press, O. Radioimmunotherapy of Human tumours. Nature Reviews Cancer. 15 (6), 347-360 (2015).
- Kelly, M. P., et al. Tumor Targeting by a Multivalent Single-Chain Fv (scFv) Anti-Lewis Y Antibody Construct. Cancer Biotherapy & Radiopharmaceuticals. 23 (4), 411-423 (2008).
- Yazaki, P. J., et al. Tumor Targeting of Radiometal Labeled Anti-CEA Recombinant T84.66 Diabody and T84.66 Minibody: Comparison to Radioiodinated Fragments. Bioconjugate Chemistry. 12 (2), 220-228 (2001).
- van Duijnhoven, S. M. J., et al. Diabody Pretargeting with Click Chemistry In Vivo. Journal of Nuclear Medicine. 56 (9), 1422-1428 (2015).
- Altai, M., Membreno, R., Cook, B., Tolmachev, V., Zeglis, B. M. Pretargeted Imaging and Therapy. Journal of Nuclear Medicine. 58 (10), 1553-1559 (2017).
- Goldenberg, D. M., Chatal, J. -. F., Barbet, J., Boerman, O., Sharkey, R. M. Cancer Imaging and Therapy with Bispecific Antibody Pretargeting. Update on cancer therapeutics. 2 (1), 19-31 (2007).
- Rossin, R., et al. In-Vivo Chemistry for Pretargeted Tumor Imaging in Live Mice. Angewandte Chemie International Edition. 49 (19), 3375-3378 (2010).
- Gestin, J. F., et al. Two-Step Targeting of Xenografted Colon Carcinoma Using a Bispecific Antibody and 188Re-Labeled Bivalent Hapten: Biodistribution and Dosimetry Studies. Journal of Nuclear Medicine. 42 (1), 146-153 (2001).
- Green, D. J., et al. Comparative Analysis of Bispecific Antibody and Streptavidin-Targeted Radioimmunotherapy for B-cell Cancers. Cancer Research. 76 (22), 6669 (2016).
- Sharkey, R. M., et al. Development of a Streptavidin−Anti-Carcinoembryonic Antigen Antibody, Radiolabeled Biotin Pretargeting Method for Radioimmunotherapy of Colorectal Cancer. Studies in a Human Colon Cancer Xenograft Model. Bioconjugate Chemistry. 8 (4), 595-604 (1997).
- Knox, S. J., et al. Phase II Trial of Yttrium-90-DOTA-Biotin Pretargeted by NR-LU-10 Antibody/Streptavidin in Patients with Metastatic Colon Cancer. Clinical Cancer Research. 6 (2), 406 (2000).
- Schubert, M., et al. Novel Tumor Pretargeting System Based on Complementary L-Configured Oligonucleotides. Bioconjugate Chemistry. 28 (4), 1176-1188 (2017).
- Forero, A., et al. Phase 1 Trial of a Novel Anti-CD20 Fusion Protein in Pretargeted Radioimmunotherapy for B-cell Non-Hodgkin Lymphoma. Blood. 104 (1), 227 (2004).
- Kalofonos, H. P., et al. Imaging of Tumor in Patients with Indium-111-Labeled Biotin and Streptavidin-Conjugated Antibodies: Preliminary Communication. Journal of Nuclear Medicine. 31 (11), 1791-1796 (1990).
- Zeglis, B. M., et al. A Pretargeted PET Imaging Strategy Based on Bioorthogonal Diels-Alder Click Chemistry. Journal of Nuclear Medicine. 54 (8), 1389-1396 (2013).
- Meyer, J. -. P., et al. 18F-Based Pretargeted PET Imaging Based on Bioorthogonal Diels-Alder Click Chemistry. Bioconjugate Chemistry. 27 (2), 298-301 (2016).
- Rossin, R., Läppchen, T., vanden Bosch, S. M., Laforest, R., Robillard, M. S. Diels-Alder Reaction for Tumor Pretargeting: In Vivo Chemistry Can Boost Tumor Radiation Dose Compared with Directly Labeled Antibody. Journal of Nuclear Medicine. 54 (11), 1989-1995 (2013).
- Zeglis, B. M., et al. Optimization of a Pretargeted Strategy for the PET Imaging of Colorectal Carcinoma via the Modulation of Radioligand Pharmacokinetics. Molecular Pharmaceutics. 12 (10), 3575-3587 (2015).
- Agard, N. J., Prescher, J. A., Bertozzi, C. R. A Strain-Promoted [3 + 2] Azide−Alkyne Cycloaddition for Covalent Modification of Biomolecules in Living Systems. Journal of the American Chemical Society. 126 (46), 15046-15047 (2004).
- Blackman, M. L., Royzen, M., Fox, J. M. Tetrazine Ligation: Fast Bioconjugation Based on Inverse-Electron-Demand Diels−Alder Reactivity. Journal of the American Chemical Society. 130 (41), 13518-13519 (2008).
- Houghton, J. L., et al. Establishment of the In Vivo Efficacy of Pretargeted Radioimmunotherapy Utilizing Inverse Electron Demand Diels-Alder Click Chemistry. Molecular Cancer Therapeutics. 16 (1), 124-133 (2017).
- Membreno, R., Cook, B. E., Fung, K., Lewis, J. S., Zeglis, B. M. Click-Mediated Pretargeted Radioimmunotherapy of Colorectal Carcinoma. Molecular Pharmaceutics. 15 (4), 1729-1734 (2018).
- Reiner, T., Lewis, J. S., Zeglis, B. M. Harnessing the Bioorthogonal Inverse Electron Demand Diels-Alder Cycloaddition for Pretargeted PET Imaging. Journal of Visualized Experiments. (96), e52335 (2015).
- Cook, B. E., Membreno, R., Zeglis, B. M. Dendrimer Scaffold for the Amplification of In Vivo Pretargeting Ligations. Bioconjugate Chemistry. 29 (8), 2734-2740 (2018).
- Cheal, S. M., et al. Theranostic Pretargeted Radioimmunotherapy of Colorectal Cancer Xenografts in Mice Using Picomolar Affinity Y-86- or Lu-177-DOTA-Bn Binding scFv C825/GPA33 IgG Bispecific Immunoconjugates. European journal of nuclear medicine and molecular imaging. 43 (5), 925-937 (2016).
- Meyer, J. -. P., et al. Bioorthogonal Masking of Circulating Antibody-TCO Groups Using Tetrazine-Functionalized Dextran Polymers. Bioconjugate Chemistry. 29 (2), 538-545 (2018).
- Houghton, J. L., et al. Pretargeted Immuno-PET of Pancreatic Cancer: Overcoming Circulating Antigen and Internalized Antibody to Reduce Radiation Doses. Journal of Nuclear Medicine. 57 (3), 453-459 (2016).
- Keinänen, O., et al. Pretargeting of Internalizing Trastuzumab and Cetuximab with a (18)F-Tetrazine Tracer in Xenograft Models. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging Research. 7, 95 (2017).
- Billaud, E. M. F., et al. Micro-flow Photosynthesis of New Dienophiles for Inverse-Electron-Demand Diels-Alder Reactions. Potential Applications for Pretargeted In Vivo PET Imaging. Chemical Science. 8 (2), 1251-1258 (2017).
