$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Radioactief gelabelde antilichamen (rAb) hebben een verscheidenheid aan toepassingen in de geneeskunde. Hoewel de meerderheid in de oncologie wordt gebruikt als beeldvorming en therapeutische middelen, zijn er beeldvormingstoepassingen voor reumatologie-gerelateerde ontsteking, cardiologie en neurologie1. Imaging rAbs heeft een hoge gevoeligheid om laesies te detecteren en heeft het potentieel om te helpen bij de selectie van patiënten voor behandeling 2,3,4,5. Ze worden ook gebruikt voor therapie vanwege hun specificiteit voor hun respectieve antigenen. In een strategie die bekend staat als theranostica, wordt dezelfde rAb gebruikt voor zowel beeldvorming als behandeling6.
Idealiter is het antilichaam dat is gekozen voor radiolabeling een antilichaam waarvan al is bewezen dat het een hoge bindingsaffiniteit en specificiteit heeft met behulp van niet-radioactief gelabelde methoden. Radiolabeling van antilichamen kan worden bereikt via directe chemische modificatie van antilichamen met een radionuclide dat stabiele covalente bindingen vormt (bijv. radioactief jodium), of indirect via conjugatie met chelaatvormers die vervolgens coördineren met radiometalen 7,8. Directe radiolabeling zoals met radioactief jodium wijzigt specifiek tyrosine- en histidineresiduen op het antilichaam. Als deze residuen belangrijk zijn voor antigeenbinding, dan zou deze radioconjugatie de bindingsaffiniteit veranderen. Omgekeerd zijn er meerdere gevestigde protocollen voor de conjugatie en indirecte radiolabeling van antilichamen. Een veel voorkomende chelator die wordt gebruikt om zirkonium-89 (89Zr) te binden voor PET-beeldvorming van antilichamen is bijvoorbeeld de p-isothiocyanatobenzyl-desferrioxamine (DFO), die willekeurig wordt geconjugeerd aan lysineresiduen van het antilichaam 9,10. Als er lysineresiduen in het antigeenbindende gebied zijn, kan conjugatie op deze plaatsen sterisch de antigeenbinding belemmeren en daarom de antilichaam-antigeenbinding in gevaar brengen. De verschillende radioconjugatiemethoden die worden gebruikt voor indirecte of directe radiolabeling van antilichamen kunnen dus mogelijk de immunoreactiviteit beïnvloeden, gedefinieerd als het vermogen van het antilichaam radioconjugaat om te binden aan zijn antigeen 7,11. Locatiespecifieke conjugatiemethoden kunnen deze beperking omzeilen, maar deze technieken vereisen antilichaamtechnologie om extra cysteïneresiduen of expertise in enzymatische reacties op koolhydraatresiduen op te nemen 12,13,14,15,16. Zodra een antilichaam radioactief is gelabeld, is het belangrijk om te testen of immunoreactiviteit behouden blijft als onderdeel van de karakterisering van de rAb. Een manier om immunoreactiviteit te meten is het bepalen van de bindingsaffiniteit van de rAb.
Het doel van dit protocol is om een proces te beschrijven voor het bepalen van de bindingsaffiniteit voor rAbs met behulp van een gevestigde radioligand saturatietest om rAb-antigeenbinding te kwantificeren. De bindingstrend is weergegeven in figuur 1. De hoeveelheid antigeen gebonden zal toenemen naarmate meer rAb wordt toegevoegd aan een vaste hoeveelheid geïmmobiliseerd antigeen. Zodra alle antigeenbindplaatsen verzadigd zijn, zal een plateau worden bereikt en zal het toevoegen van meer rAbs geen effect hebben op de hoeveelheid gebonden antigeen. In dit model is de evenwichtsdissociatieconstante (KD) de concentratie van antilichamen die de helft van de antigeenreceptoren inneemt17. De KD geeft aan hoe goed een antilichaam zich bindt aan zijn doelwit met een lagere KD die overeenkomt met een hogere bindingsaffiniteit. Eerder werd gemeld dat een ideale rAb een KD van 1 nanomolair of minder18 zou moeten hebben. Recentere rAbs zijn echter ontwikkeld met KD in het lage nanomolaire bereik en worden geschikt geacht voor niet-invasieve beeldvormingstoepassingen 19,20,21,22. Een andere parameter die kan worden bepaald in de radioligand-verzadigingstest van rAbs is Bmax, wat overeenkomt met de maximale hoeveelheid antigeenbinding. Bmax kan worden gebruikt om het aantal antigeenmoleculen te berekenen indien nodig.

Figuur 1: Representatieve verzadigingsbindingscurve. Het percentage antigeen gebonden wordt uitgezet tegen toenemende concentraties antilichamen toegevoegd aan een vaste hoeveelheid antigeen. Pop-outs tonen binding op verschillende punten. De concentratie en binding die overeenkomen met respectievelijk KD en Bmax worden weergegeven. Deze figuur is gemaakt met BioRender.com. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Deze test is met name belangrijk voor radioactief gelabelde bispecifieke antilichaamconstructen om de KD te bepalen voor elke fragmentantigeenbindende regio (Fab) arm van de radioactief gelabelde bispecifieke antilichaambinding met hun respectieve antigenen. Dit protocol kan worden gebruikt om de KD van elke Fab-arm afzonderlijk op geïmmobiliseerde antigenen te bepalen om onafhankelijk te karakteriseren of de bindingsaffiniteit van elke Fab-arm voor zijn respectieve antigeen werd beïnvloed na radioconjugatie. Dit protocol wordt aangetoond door het gebruik van radioactief gelabelde amivantamab, een bispecifiek antilichaam voor epidermale groeifactorreceptor (EGFR) en cytoplasmatische mesenchymale-epitheliale overgang (cMET) eiwitten19. Radioactief gelabelde enkelarmige antilichamen, waarbij de ene Fab-arm bindt aan EGFR (α-EGFR) of aan cMET (α-cMET) en de andere Fab-arm een isotypecontrole is, werden ook gebruikt als voorbeelden19. Dit protocol is ook geschikt voor elk radioactief gelabeld antilichaam met een bekend antigeen dat kan worden geïmmobiliseerd. In dit protocol wordt een verdunningsreeks van de rAb toegevoegd aan een vaste hoeveelheid geïmmobiliseerd antigeen in aangewezen putten die specifiek zijn voor elke Fab-arm van de rAb. De rAb wordt ook toegevoegd aan putjes die alleen zijn geblokkeerd met runderserumalbumine (BSA), zonder antigeen, om niet-specifieke binding te bepalen. Om de specifieke binding te bepalen, wordt de niet-specifieke binding aan geïmmobiliseerd antigeen afgetrokken van de totale rAb-binding. De resulterende verzadigingsbindingscurve wordt vervolgens gebruikt om KD te bepalen, zoals hierboven beschreven.
Een voordeel van deze methode is een hogere reproduceerbaarheid bij het gebruik van gezuiverde antigenen in vergelijking met het gebruik van cellijnen als bron van antigenen, aangezien antigeenexpressieniveaus kunnen worden beïnvloed tijdens celkweek en dat verschillende cellijnen variabele niveaus van antigeenexpressie hebben. In het geval van radioactief gelabelde bispecifieke antilichamen zijn cellijnen die slechts één van de antigenen tot expressie brengen zonder de andere mogelijk niet beschikbaar, wat het karakteriseren van de bindingsaffiniteit van de individuele Fab-armen zeer uitdagend zou maken. Met name het belangrijkste voordeel van de radioligand saturatie-assaymethode ten opzichte van niet-radioactief gelabelde methoden is de specifieke karakterisering van de bindingsaffiniteit van de rAb zonder de bijdrage van de niet-geconjugeerde fractie van de rAb. Voor zover de auteurs weten, zijn er momenteel geen zuiveringstechnieken om de rAb te scheiden van zijn oorspronkelijke ongeconjugeerde antilichaam. Gezien de relatief kleine omvang van de chelator en radionuclide is hun bijdrage aan het totale molecuulgewicht van de rAb onbeduidend in grootte-uitsluitingschromatografie. Het product dat wordt gegenereerd door een radiolabelingstechniek is dus bijna altijd een mengsel van de rAb en het oorspronkelijke niet-geconjugeerde antilichaam. Het karakteriseren van bindingsaffiniteit met behulp van de radioactief gelabelde verzadigingstest zorgt ervoor dat het geteste product uitsluitend de rAb is.