טיפולי חסימת מחסום חיסוני, במיוחד אלה המכוונים למוות תאי מתוכנת-1 (PD-1) וליגנד מוות תאי מתוכנן 1 (PD-L1), עומדים בחזית האסטרטגיות האימונותרפיות לסרטן. טיפולים נגד PD-1/PD-L1 קיבלו אישור לשימוש בסוגי סרטן שונים, כגון סרטן המטולוגי, עור, ריאה, כבד, שלפוחית השתן וסרטן הכליות1. PD-1 הוא גליקופרוטאין טרנסממברני השייך למשפחת העל של האימונוגלובולין, המאופיין בתחום דמוי משתנה אימונוגלובולין יחיד (IgV) בטרמינל N, גבעול של כ-20 חומצות אמינו המפריד בין תחום ה-IgV לקרום הפלזמה, תחום טרנסממברני, וזנב ציטופלזמי המכיל מוטיבים של איתות מבוססי טירוזין2. PD-L1, המזוהה כאחד הליגנדים ל-PD-1, הוא חלבון טרנסממברני מסוג I הכולל אזור טרנסממברני, שני תחומים חוץ-תאיים - קבוע אימונוגלובולין (IgC) ו-IgV - ותחום ציטופלזמי קצר יחסית המפעיל מסלולי איתות תוך תאיים3. המסלול המעכב PD-1/PD-L1 משמש כמחסום חיסוני קריטי המווסת את הפעלת תאי T ואת האוטואימוניות4. PD-1 מתבטא בתאי T, שם הוא מקיים אינטראקציה עם PD-L1, מעכב איתות קולטני תאי T וחוסם את הגירוי של מולקולות CD28 ו-CD80 על תאים מציגי אנטיגן ותאי T5. רקמות סרטניות מנצלות את המנגנון הפיזיולוגי הזה על ידי ביטוי יתר של PD-L1 בשלב הבריחה, ובכך יוצרות סביבה מדכאת חיסון המקדמת צמיחה והתקדמות של הגידול6. מעכבי PD-1 ו-PD-L1 משבשים אינטראקציה זו, ומאפשרים למערכת החיסון להתחמק מדיכוי המושרה על ידי הגידול וליזום מחדשאת תהליך המוות של תאי הגידול בתיווך תאי T.
בהתבסס על היסודות שהונחו על ידי התפקיד הבולט של טיפולי חסימת מחסום חיסוני, הפיתוח של מעכבי PD-1/PD-L1 סימן התקדמות משמעותית באימונותרפיה לסרטן. מינהל המזון והתרופות האמריקני (FDA) אישר תשעה מעכבי נקודות ביקורת חיסוניות המכוונים באופן ספציפי למסלול PD-1/PD-L1. אלה כוללים שישה מעכבי PD-1 - פמברוליזומאב, דוסטרלימאב, ניבולומאב, סמיפלימאב, אוריפלימאב וטיסלליזומאב - ושלושה מעכבי PD-L1 - אטזוליזומאב, אבלומאב ודורבלומאב 8,9. טיפולים אלה נוצלו ביעילות לטיפול במגוון סוגי סרטן, כגון מלנומה, סרטן ריאות, סרטן דרכי השתן, סרטן צוואר הרחם, סרטן הקיבה או הוושט וגידולים מוצקים אחרים10. למרות יעילותם, טיפולים מבוססי נוגדנים חד-שבטיים מתמודדים עם מגבלות משמעותיות, כולל שיעורי תגובה נמוכים, עלויות גבוהות, מחצית חיים ממושכת, תופעות לוואי חמורות הקשורות למערכת החיסון והגבלות על מתן תוך ורידי או תת עורי 11,12,13. כתוצאה מכך, המחקר מתמקד יותר ויותר בפיתוח מעכבי מולקולות קטנות המכוונים לציר PD-1/PD-L1. מולקולות קטנות אלו מציעות יתרונות מובהקים, כגון חדירה תאית משופרת, אפנון של מטרות ביולוגיות מגוונות, זמינות ביולוגית משופרת דרך הפה והפחתת עלויות, במטרה להשיג תוצאות טיפוליות דומות עם פחות תופעות לוואי14. עם זאת, הפיתוח של מעכבי מולקולות קטנות המכוונים לאינטראקציה PD-1/PD-L1 נמצא בשלביו המוקדמים, בעיקר בשל היעדר פלטפורמת סינון אמינה בעלת תפוקה גבוהה. פלטפורמות כאלה חיוניות להערכה מהירה של ספריות עצומות של מולקולות קטנות ולזיהוי תרכובות עופרת לצורך אימות ואופטימיזציה נוספים. התגברות על אתגר זה היא קריטית לקידום אימונותרפיה לסרטן.
טכנולוגיית תהודה פלזמון פני השטח (SPR) משמשת באופן נרחב באיתור ביומולקולות שונות, כולל אנטיגנים של נוגדנים, אנזימים, חומצות גרעין ותרופות, והיא יעילה במיוחד בבדיקת תרופות של מולקולות קטנות15,16. בניגוד לטכניקות ביופיזיקליות אחרות, SPR מציעה גילוי ללא תוויות, נתונים קינטיים בזמן אמת וטווח זיהוי רחב. לעומת זאת, קלורימטריית טיטרציה איזותרמית חסרה תובנות קינטיות בזמן אמת ודורשת נפחי דגימה גדולים יותר, מה שמגביל את התפוקה. תרמופורזיס בקנה מידה מיקרו נוטה להפרעות חוצץ ואינו יכול לספק נתונים קינטיים, בעוד שלאינטרפרומטריית שכבה ביולוגית יש מגבלות ספציפיות ליישום המבוססות על גודל ותכונות מולקולריות. פלואורסצנציה הומוגנית שנפתרה בזמן דורשת תיוג ורגישה להפרעות פלואורסצנטיות. אנו מכירים בכך ש-HTRF היא טכנולוגיה מתאימה נוספת לחקר מעכבי PD-1/PD-L1. מגבלה אינהרנטית אחת של HTRF, בהשוואה ל-SPR, היא כיבוי פלואורסצנטי הנגרם על ידי אינטראקציות חיצוניות עם תהליך העירור התוך-מולקולרי (למשל, העברת אלקטרונים, FRET והלבנה), הרגישות נמוכה מדי בתהליך סינון התרופות בגלל טווח החלונות הקטן, והפרעות מתרכובות ספרייה פלואורסצנטיות או חלבונים ביולוגיים17. תכונות אלו ממקמות את SPR ככלי מעולה לגילוי תרופות. המחקרים הקודמים שלנו הראו כי SPR מסוגל לקבוע את אפקט החסימה של מולקולות קטנות כנגד PD-1/PD-L1, וזה יתרון על פני טכניקות אחרות הדורשות דרישות טכנולוגיות תיוג גבוהות, שלבים מרובים, ספציפיות ירודה ועלות גבוהה בתהליך גילוי התרופות18.
מחקר זה מציג פלטפורמה מבוססת SPR אופטימלית, המשלבת תהליך צימוד דו-שלבי המשתמש הן בצימוד אמין והן בצימוד ביו-סטרפטווידין כדי לשפר את כיוון PD-1 על השבב ולמזער את השימוש בחלבון. גישה מעודכנת זו אומתה בהצלחה באמצעות מעכב PD-1/PD-L1 BMS-1166 כקלסר בקרה חיובי, המדגים השפעות חסימה דומות הן לשיטת ה-SPR הקודמת שלנו והן לטכניקות מבוססות אחרות כגון ELISA19,20. זה לא רק מאשר את האמינות ויכולת השחזור של הפרוטוקול שלנו, אלא גם ממחיש את היעילות של הפלטפורמה המותאמת שלנו בהקלת סריקה בתפוקה גבוהה של מעכבי PD-1/PD-L1. השילוב של שלב לכידת הביו-סטרפטווידין מספק כיוון חלבון מכוון אתר ולא אקראי, ומאפשר ריכוז PD-1 מופחת (40 מיקרוגרם/מ"ל לעומת 10 מיקרוגרם/מ"ל) וחיסכון בעלויות על ידי מתן אפשרות למשתמש הקצה לשתק סטרפטווידין (SA) לשבב CM5, חלופה זולה יותר לשבבי SA משותקים. זה הופך אותו ליתרון עבור הקרנות בקנה מידה גדול וחסכוני של ספריות תרכובות/פפטידים. למרות ששיטות אפיון נוספות, כולל בדיקות in silico, in vitro ו-in vivo, חיוניות להערכת הפוטנציאל הקליני של מעכבי PD-1/PD-L1 נגד סרטן, פלטפורמת הסינון המשופרת מבוססת ה-SPR שלנו בולטת ככלי יעיל להקרנה בקנה מידה גדול של מעכבי PD-1/PD-L1.