Immuuncontrolepuntblokkadetherapieën, met name die gericht op geprogrammeerde celdood-1 (PD-1) en geprogrammeerde celdood-ligand 1 (PD-L1), lopen voorop bij immunotherapiestrategieën bij kanker. Anti-PD-1/PD-L1-therapieën zijn goedgekeurd voor gebruik bij verschillende soorten kanker, zoals hematologische, huid-, long-, lever-, urineblaas- en nierkanker1. PD-1 is een transmembraanglycoproteïne dat behoort tot de immunoglobuline-superfamilie, gekenmerkt door een enkel immunoglobulinevariabel (IgV)-achtig domein aan het N-terminal, een stengel van ongeveer 20 aminozuren die het IgV-domein scheidt van het plasmamembraan, een transmembraandomein en een cytoplasmatische staart die op tyrosine gebaseerde signaalmotieven bevat2. PD-L1, geïdentificeerd als een van de liganden voor PD-1, is een type I transmembraaneiwit met een transmembraangebied, twee extracellulaire domeinen - immunoglobulineconstante (IgC) en IgV - en een relatief kort cytoplasmatisch domein dat intracellulaire signaalroutes activeert3. De PD-1/PD-L1-remmende route dient als een kritisch immuuncontrolepunt dat de activering van T-cellen en auto-immuniteit reguleert4. PD-1 wordt tot expressie gebracht op T-cellen, waar het interageert met PD-L1, de signalering van T-celreceptoren remt en de stimulatie van CD28- en CD80-moleculen op antigeenpresenterende cellen en T-cellenblokkeert 5. Kankerweefsels maken gebruik van dit fysiologische mechanisme door PD-L1 tot overexpressie te brengen tijdens de ontsnappingsfase, waardoor een immunosuppressieve omgeving wordt gecreëerd die tumorgroei en -progressie bevordert6. Remmers van PD-1 en PD-L1 verstoren deze interactie, waardoor het immuunsysteem tumorgeïnduceerde onderdrukking kan ontwijken en het T-cel-gemedieerde tumorceldoodproces opnieuw kan initiëren7.
Voortbouwend op de basis die is gelegd door de prominente rol van therapieën voor immuuncheckpointblokkade, heeft de ontwikkeling van PD-1/PD-L1-remmers een aanzienlijke vooruitgang geboekt in de immunotherapie bij kanker. De Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) heeft negen immuuncheckpointremmers goedgekeurd die specifiek gericht zijn op de PD-1/PD-L1-route. Deze omvatten zes PD-1-remmers - pembrolizumab, dostarlimab, nivolumab, cemiplimab, oripalimab en tislelizumab - en drie PD-L1-remmers - atezolizumab, avelumab en durvalumab 8,9. Deze therapieën zijn effectief gebruikt voor de behandeling van een verscheidenheid aan vormen van kanker, zoals melanoom, longkanker, urotheelkanker, baarmoederhalskanker, maag- of gastro-oesofageale kanker en andere solide tumoren10. Ondanks hun werkzaamheid hebben therapieën op basis van monoklonale antilichamen te maken met aanzienlijke beperkingen, waaronder lage responspercentages, hoge kosten, verlengde halfwaardetijden, ernstige immuungerelateerde bijwerkingen en beperkingen op intraveneuze of subcutane toediening 11,12,13. Het onderzoek richt zich dan ook steeds meer op de ontwikkeling van kleinmolecuulremmers die gericht zijn op de PD-1/PD-L1-as. Deze kleine moleculen bieden duidelijke voordelen, zoals verbeterde cellulaire penetratie, modulatie van diverse biologische doelen, verbeterde orale biologische beschikbaarheid en lagere kosten, met als doel vergelijkbare therapeutische resultaten te bereiken met minder nadelige effecten14. De ontwikkeling van kleine molecuulremmers die gericht zijn op de PD-1/PD-L1-interactie bevindt zich echter in een vroeg stadium, voornamelijk vanwege het ontbreken van een betrouwbaar high-throughput screeningplatform. Dergelijke platforms zijn essentieel voor het snel evalueren van enorme bibliotheken van kleine moleculen en het identificeren van leadverbindingen voor verdere validatie en optimalisatie. Het overwinnen van deze uitdaging is van cruciaal belang voor het bevorderen van immunotherapie bij kanker.
Surface Plasmon Resonance (SPR)-technologie wordt op grote schaal gebruikt bij het detecteren van verschillende biomoleculen, waaronder antilichaamantigenen, enzymen, nucleïnezuren en medicijnen, en is bijzonder effectief bij het screenen van geneesmiddelen met kleine moleculen15,16. In tegenstelling tot andere biofysische technieken biedt SPR labelvrije detectie, real-time kinetische gegevens en een breed detectiebereik. Isothermische titratiecalorimetrie daarentegen mist real-time kinetische inzichten en vereist grotere monstervolumes, waardoor de doorvoer wordt beperkt. Thermoforese op microschaal is gevoelig voor bufferinterferentie en kan geen kinetische gegevens leveren, terwijl biolaaginterferometrie toepassingsspecifieke beperkingen heeft op basis van moleculaire grootte en eigenschappen. Homogene, in de tijd opgeloste fluorescentie vereist etikettering en is gevoelig voor fluorescerende interferentie. We erkennen dat HTRF een andere geschikte technologie is om PD-1/PD-L1-remmers te onderzoeken. Een inherente beperking van HTRF, vergeleken met SPR, is fluorescentie-afschrikking veroorzaakt door externe interacties met het intramoleculaire excitatieproces (bijv. elektronenoverdracht, FRET en bleken), de gevoeligheid is te laag in het screeningproces van geneesmiddelen vanwege het kleine vensterbereik en interferentie van fluorescerende bibliotheekverbindingen of biologische eiwitten17. Deze kenmerken positioneren SPR als een superieur hulpmiddel voor het ontdekken van geneesmiddelen. Onze eerdere studies hebben aangetoond dat SPR in staat is om het blokkade-effect van kleine moleculen tegen PD-1/PD-L1 te bepalen, wat voordelig is ten opzichte van andere technieken die hoge etiketteringstechnologie-eisen, meerdere stappen, slechte specificiteit en hoge kosten in het ontdekkingsproces van geneesmiddelen vereisen18.
Deze studie introduceert een geoptimaliseerd SPR-gebaseerd platform, dat een tweestaps koppelingsproces integreert dat zowel amine- als bio-streptavidine-koppeling gebruikt om de PD-1-oriëntatie op de chip te verbeteren en het eiwitgebruik te minimaliseren. Deze bijgewerkte aanpak werd met succes gevalideerd met behulp van de PD-1/PD-L1-remmer BMS-1166 als een bindmiddel voor positieve controle, waarbij blokkade-effecten werden aangetoond die vergelijkbaar zijn met zowel onze vorige SPR-methode als andere gevestigde technieken zoals ELISA19,20. Dit bevestigt niet alleen de betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid van ons protocol, maar illustreert ook de effectiviteit van ons aangepaste platform bij het faciliteren van high-throughput screening van PD-1/PD-L1-remmers. De integratie van de bio-streptavidine-opnamestap zorgt voor plaatsgerichte in plaats van willekeurige eiwitoriëntatie, waardoor een verminderde PD-1-concentratie mogelijk is (40 μg/ml versus 10 μg/ml) en kostenbesparingen door de eindgebruiker in staat te stellen streptavidine (SA) te immobiliseren op een CM5-chip, een goedkoper alternatief voor gecommercialiseerde pre-geïmmobiliseerde SA-chips. Dit maakt het voordelig voor grootschalige, kosteneffectieve screenings van verbindingen/peptidebibliotheken. Hoewel aanvullende karakteriseringsmethoden, waaronder in silico, in vitro en in vivo assays, essentieel zijn om het klinische potentieel van PD-1/PD-L1-remmers tegen kanker te evalueren, onderscheidt ons verbeterde SPR-gebaseerde screeningplatform zich als een efficiënt hulpmiddel voor grootschalige screening van PD-1/PD-L1-remmers.