本研究基于 [68Ga] D-十二肽拮抗剂的正电子发射断层成像,建立了一种无创且实时评估程序性死亡配体1在全身分布的方法。该技术相较于传统的免疫组织化学具有优势,可提高筛选适合接受免疫检查点阻断治疗患者的效率。
方法文章
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本研究基于 [68Ga] D-十二肽拮抗剂的正电子发射断层成像,建立了一种无创且实时评估程序性死亡配体1在全身分布的方法。该技术相较于传统的免疫组织化学具有优势,可提高筛选适合接受免疫检查点阻断治疗患者的效率。
基于程序性细胞死亡蛋白1(PD-1)/程序性死亡配体1(PD-L1)的免疫检查点阻断疗法近年来彻底改变了癌症治疗格局。然而,由于肿瘤细胞中PD-L1的表达具有异质性,仅有部分患者对PD-1/PD-L1抑制剂产生应答。这种异质性给常用的免疫组织化学(IHC)方法精确检测肿瘤细胞带来了挑战。因此,亟需更优的方法对可能从免疫检查点阻断疗法中获益的患者进行分层,以提高治疗效果。正电子发射断层扫描(PET)能够以无创方式实时可视化全身PD-L1的表达情况。因此,有必要开发放射性标记的示踪剂,通过PET成像检测肿瘤中PD-L1的分布。
与左旋(L-)对应物相比,右旋(D-)肽具有抗蛋白水解以及代谢半衰期显著延长等特性。本研究设计了一种基于PET成像检测PD-L1表达的新方法 68Ga标记的靶向PD-L1的D-肽,一种D-十二肽拮抗剂(DPA),在荷瘤小鼠中的结果表明,[68Ga]DPA 可特异性结合 PD-L1 高表达的肿瘤 体内,显示出良好的稳定性以及优异的成像能力,表明[68Ga]DPA-PET 是一种用于评估肿瘤 PD-L1 状态的有前景的方法。
免疫检查点蛋白的发现是肿瘤治疗领域的重大突破,推动了免疫检查点阻断疗法的显著进展1。程序性死亡受体-1(PD-1)和程序性死亡配体-1(PD-L1)是具有潜力的药物靶点,已有多种针对这些靶点的抗体获得美国食品药品监督管理局(FDA)批准。PD-1由肿瘤浸润性免疫细胞表达,例如CD4+、CD8+ T细胞和调节性T细胞。PD-L1是PD-1的配体之一,在多种肿瘤细胞中呈过表达状态2,3。PD-1与PD-L1之间的相互作用会抑制PD-1的活性,从而削弱抗肿瘤免疫应答4。这些研究结果提示,抑制PD-L1可能增强免疫细胞的杀伤效应,进而清除肿瘤细胞5。目前,显色免疫组织化学法(IHC)是最常用于识别最有可能对免疫检查点治疗产生应答的患者的方法6,7。然而,由于肿瘤细胞中PD-L1的表达具有异质性,活检样本的IHC结果无法准确反映患者体内PD-L1的整体表达情况8。既往研究表明,仅有20%–40%的患者能从免疫检查点阻断治疗中获得长期益处1,9,10。因此,迫切需要开发一种新方法,以克服因这些免疫检查点蛋白表达异质性所导致的假阴性结果。
分子成像技术(如正电子发射断层扫描,PET)能够以非侵入性方式实现对全身的实时可视化,因此可优于传统的免疫组织化学(IHC)方法11,12,13放射性标记的抗体、多肽和小分子是用于监测癌症患者PD-L1表达的有前景示踪剂14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25美国食品药品监督管理局(FDA)已批准三种PD-L1治疗性单克隆抗体:avelumab、atezolizumab和durvalumab26基于这些抗体的免疫PET示踪剂已有充分报道27,28,29,30,31,32早期临床试验由于药代动力学不理想,显示出有限的临床应用价值30与抗体相比,多肽在健康器官中的血液和组织清除速度更快,且易于进行化学修饰33已报道多种对PD-1/PD-L1具有高亲和力的多肽2;WL12 是一种已报道的肽,可特异性结合 PD-L134放射性标记示踪剂,[64Cu]WL12, [68Ga]WL12, 和 [18F]FPyWL12 据报道具有高 体内 特异性的肿瘤靶向能力,可实现对肿瘤中PD-L1表达的高质量成像26,35,36,37此外,放射性标记的WL12首次人体评价研究表明,[68Ga]WL12(由NOTA螯合)在临床肿瘤成像中具有安全且高效的潜力38由于WL12具有高疏水性且在健康肝脏中摄取较高,其临床应用受到限制。其他放射性标记肽类,如TPP1和SETSKSF,可特异性结合PD-L1,也显示出良好的稳定性和特异性,可用于全身PD-L1表达的显像。39,40然而,未经修饰的肽类容易被蛋白酶降解,并被肾脏快速代谢。由于左旋(L)肽稳定性较差,右旋(D)肽已被广泛用作有效的介导分子。41,42,43D型多肽对蛋白水解降解具有高度抗性,且代谢半衰期显著延长。与相应的L型多肽相比,D型多肽大多表现出特异性结合能力44,45,46.
本研究设计了一种基于68Ga标记的靶向PD-L1的D型多肽——D-十二肽拮抗剂(DPA)在荷瘤小鼠模型中进行PET成像的新方法,用于检测PD-L1的表达47。首先在磷酸盐缓冲液(PBS)和小鼠血清中研究了[68Ga]DPA的稳定性,随后检测了[68Ga]DPA在PD-L1高表达肿瘤中的结合亲和力。之后,在胶质母细胞瘤异种移植模型中进行PET成像,以验证[68Ga]DPA是否为监测肿瘤中PD-L1表达的理想PET示踪剂。PET成像与DPA的结合不仅为克服PD-L1表达异质性相关挑战提供了新途径,也为基于D-多肽的放射性示踪剂的开发奠定了基础。
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动物实验程序已获得南京医科大学动物伦理委员会或国家量子科学技术研究院的批准。小鼠实验严格遵循实验室动物护理与使用委员会的机构指南进行。
1. 肽的合成
2. 68Ga 放射性标记
注意:在南京第一医院(中国南京)使用68Ge/68Ga发生器自制生成68Ga。
3. 示踪剂稳定性 测试
4. 通过流式细胞术分析 PD-L1 表达
5. 免疫细胞化学
6. 细胞摄取与抑制实验
7. PET 成像
注意:使用微型 PET 扫描仪进行小动物 PET 成像,该扫描仪提供 159 个横断轴向切片,切片间距为 0.796 mm(中心到中心),横向视场为 10 cm,轴向视场为 12.7 cm。以列表模式采集的所有数据均被组织成三维正弦图。随后通过傅里叶变换重建成二维正弦图(帧 × 分钟:4 × 1,8 × 2,8 × 5)。
8. 离体 生物分布
9. 免疫组织化学
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[68Ga]DPA 放射性标记与稳定性
模型肽 DPA 是一种有效的 PD-L1 拮抗剂。DOTA-DPA 的纯度超过 >95%,产率为 68%。DOTA-DPA 的质谱实测值为 1,073.3 ([M+2H]2+)。68镓被认为是一种适用于肽类 PET 成像的合适放射性核素,因此本研究选择使用该核素。为了用 68Ga(半衰期:68 分钟)对 DPA 进行放射性标记,合成了 DOTA-PEG3-DPA(图 1A)。DOTA 作为 68Ga 放射性标记的螯合剂。为使 DOTA 与 DPA 之间保持空间距离,采用 PEG3 作为连接臂。[68Ga]-DOTA-PEG3-DPA(在下文中简称为 [68Ga]DPA)表现出较高的放射化学产率(>95%)和放射化学纯度(>95%)(表 1
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本方法中描述的关键步骤包括高效地将68Ga标记到DPA,以及选择适合的PET成像时间窗口,该时间窗口必须与DPA在肿瘤中的药效动力学模式完全匹配。
与免疫组化(IHC)相比,PET成像能够以非侵入性方式实时检测全身范围内的PD-L1表达,从而实现对异质性肿瘤中每个阳性区域的可视化。6,7. 选择多肽作为配体,以避免抗体和小分子的缺点。抗体分子量较大,通常具有较长的循环半衰期,导致对健康器官的毒性较高。小分子清除速度通常过快,难以实现所需的肿瘤滞留。多肽的分子量介于抗体与小分子之间,使基于多肽的放射性示踪剂能够同时实现长期的肿瘤滞留和良好的组织穿透性,且毒性最小13,49,50,51...
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未声明任何竞争利益。
本研究由北京协和医学院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(编号:2022-RC350-04)和中国医学科学院医学与健康科技创新工程基金(编号:2021-I2M-1-026、2022-I2M-1-026-1、02120101、02130101 和 2022-I2M-2-002)资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA) | 默克 | 60239-18-1 | 68Ga 螯合 |
| 3,3-二氨基联苯胺(DAB)试剂盒 | Sigma-Aldrich | D7304-1SET | 免疫组织化学 |
| 抗PD-L1单克隆抗体 | 武汉普罗亭科技 | 17952-1-ap | 免疫组织化学:一抗 |
| BMS202 | Selleck | 1675203-84-5 | 竞争性结合实验:抑制剂 |
| BSA | 默克 | V900933 | 免疫荧光:封闭 |
| DAPI | 默克 | D9542 | 免疫荧光:细胞核染色 |
| 二氯甲烷(DCM) | 默克 | 34856 | 溶剂 |
| DIPEA | 默克 | 3439 | 肽偶联 |
| EDC·HCl | 默克 | E6383 | DOTA的活化 |
| FBS | Gibco | 10099 | 细胞培养:补充剂 |
| FITC标记的抗人IgG Fc抗体 | Biolegend | 409310 | 免疫荧光:二抗 |
| FITC标记的抗PD-L1抗体 | Biolegend | 393606 | 流式细胞术:直接抗体法 |
| HCTU | 能源化学 | E070004-25g | 肽偶联 |
| HRP标记的山羊抗兔抗体 | Servicebio | GB23303 | 免疫组织化学:二抗 |
| N-羟基琥珀酰亚胺(NHS) | 默克 | 130672 | DOTA的活化 |
| MeCN | 默克 | PHR1551 | 溶剂 |
| 吗啉 | 默克 | 8.06127 | Fmoc-去保护 |
| NMP | 默克 | 8.06072 | 溶剂 |
| 多聚甲醛 | 默克 | 30525-89-4 | 组织固定 |
| PBS | Gibco | 10010023 | 细胞培养:缓冲液 |
| 青霉素-链霉素 | Gibco | 10378016 | 细胞培养:补充剂 |
| RIA管 | PolyLab | P10301A | 作为组织样本容器 |
| RPMI-1640 培养基 | Gibco | 11875093 | 细胞培养:基础培养基 |
| 乙酸钠 | 默克 | 1.06264 | 缓冲液用盐 |
| 胰蛋白酶-EDTA | Gibco | 25200056 | 细胞培养:解离试剂 |
| U87MG细胞系 | 普罗赛生命科学 & 技术有限公司 | CL-0238 | 细胞模型 |
| <强>仪器设备 | |||
| 68Ge/68镓发生器 | 慕尼黑同位素技术公司,ITM | 不适用 | [的生成68Ga |
| 自动伽马计数器 | Perkin Elmer | Wizard2 | 放射性检测 |
| 共聚焦荧光显微镜 | Keyence | 免疫荧光结果的观察 | |
| 流式细胞仪 | Becton Dickinson, BD | LSRII | 监测 PD-L1 阳性细胞 |
| 高效液相色谱法(HPLC) | SHIMAZU | LC-20AT | DPA 肽的纯化 |
| PET 扫描仪 | 西门子医疗解决方案 | Inveon 多模态系统 | PET成像 |
| 光学显微镜 | 尼康 | Eclipse E100 | 免疫组织化学结果的观察 |
| 固相多肽合成仪 | Promega Vac-Man 实验室真空抽滤装置 | LOT#11101 | DPA-DOTA 肽的合成 |
| <强>软件 | |||
| ASIPro | 西门子医疗解决方案 | 不适用 | PET-CT结果分析 |
| FlowJo | Becton Dickinson,BD | FlowJo 7.6.1 | 流式细胞仪结果分析 |
| Inveon Acquisition Workplace (IAW) | 西门子医疗解决方案 | 不适用 | PET 机器的管理 |
| Prism | Graphpad | Prism 8.0 | 数据分析 |
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