Radioimmunoterapia (RIT) — wykorzystanie przeciwciał do dostarczania terapeutycznych radionuklidów do nowotworów — od dawna jest kuszącym podejściem do leczenia raka1,2. Rzeczywiście, obietnica ta została podkreślona przez zatwierdzenie przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków dwóch radioimmunokoniugatów do leczenia chłoniaka nieziarniczego: 90Y-ibritumomab tiuxetan i 131I-tositumomab3,4. Jednak już od samego początku kliniczne perspektywy RIT były utrudnione przez krytyczną komplikację: wysokie dawki promieniowania dla zdrowych tkanek5,6. Ogólnie rzecz biorąc, radioimmunokoniugaty RIT są znakowane długożyciowymi radionuklidami (np. 131I [t1/2 = 8,0 dni] i 90Y [t1/2 = 2,7 dnia]) z fizycznymi okresami półtrwania, które dobrze współgrają z długimi farmakokinetycznym okresami półtrwania immunoglobulin. Jest to niezbędne, ponieważ zapewnia, że wystarczająca radioaktywność pozostaje wystarczająca, gdy przeciwciało osiągnie optymalną biodystrybucję po kilku dniach krążenia. Jednak ta kombinacja długiego czasu przebywania we krwi i długiego fizycznego okresu półtrwania nieuchronnie prowadzi do napromieniania zdrowych tkanek, zmniejszając w ten sposób proporcje terapeutyczne i ograniczając skuteczność terapii7. Zbadano kilka strategii obejścia tego problemu, w tym użycie skróconych fragmentów przeciwciał, takich jak Fab, Fab', F(ab')2, miniciała i nanociała8,9,10. Jednym z najbardziej obiecujących i fascynujących, a jednocześnie niezaprzeczalnie złożonych, alternatywnych podejść jest pretargetowanie in vivo11.
Wstępne celowanie in vivo to podejście do obrazowania jądrowego i terapii, które ma na celu wykorzystanie wyjątkowego powinowactwa i selektywności przeciwciał, jednocześnie omijając ich wady farmakokinetyczne11,12,13. W tym celu znakowane radioizotopem przeciwciało stosowane w tradycyjnej radioimmunoterapii rozkłada się na dwa składniki: małocząsteczkowy radioligand i immunokoniugat, który może wiązać zarówno antygen nowotworowy, jak i wspomniany radioligand. Immunokoniugat jest najpierw wstrzykiwany i otrzymuje "przewagę", często trwający kilka dni, podczas których gromadzi się w tkance docelowej i usuwa się z krwi. Następnie podaje się małocząsteczkowy radioligand i albo łączy się z immunokoniugatem w guzie, albo szybko usuwa się z organizmu. Zasadniczo pretargeting in vivo opiera się na przeprowadzeniu radiochemii w samym ciele. Zmniejszając krążenie promieniotwórczości, podejście to jednocześnie zmniejsza dawki promieniowania do zdrowych tkanek i ułatwia stosowanie radionuklidów (np. 68Ga, t1/2 = 68 min211; As, t1/2 = 7,2 h) z okresami półtrwania, które są zwykle uważane za niezgodne z wektorami opartymi na przeciwciałach.
Począwszy od późnych lat 80-tych, opracowano kilka różnych podejść do pretargetingu in vivo, w tym strategie oparte na bispecyficznych przeciwciałach, interakcji między streptawidyną a biotyną oraz hybrydyzacji komplementarnych oligonukleotydów14,15,16,17,18. Jednak każdy z nich został w różnym stopniu powstrzymany przez powikłania, z których najbardziej znaną jest silna immunogenność przeciwciał modyfikowanych streptawidyną19,20. W ciągu ostatnich pięciu lat nasza grupa i inni opracowali podejście do wstępnego celowania in vivo w oparciu o szybką i bioortogonalną ligację Dielsa-Aldera o odwrotnym zapotrzebowaniu na elektrony między transcyklooktenem (TCO) a tetrazyną (Tz)21,22,23,24. Najbardziej skuteczna z tych strategii wykorzystuje przeciwciało zmodyfikowane TCO i radioligand zawierający Tz, ponieważ TCO jest zazwyczaj bardziej stabilny in vivo niż jego partner Tz (Rysunek 1) < sup class="xref">25,26. Podobnie jak w innych metodologiach pretargetingu, immunokoniugat mAb-TCO jest podawany jako pierwszy i daje mu się czas na usunięcie z krążenia i akumulację w tkance nowotworowej. Następnie wstrzykuje się małą cząsteczkę radioliganda Tz, po czym albo klika się z immunokoniugatem w tkance docelowej, albo szybko usuwa się z organizmu. Ta strategia pretargetowania in vivo okazała się bardzo skuteczna w obrazowaniu PET i SPECT z kilkoma różnymi systemami przeciwciał/antygenów, konsekwentnie tworząc obrazy o wysokim kontraście i umożliwiając stosowanie krótkożyciowych radionuklidów, takich jak 18F (t1/2 = 109 min) i 64Cu (t1/2 = 12,7 h)21,22,24. Ostatnio wykazano skuteczność radioimmunoterapii pretargetowanej (PRIT) opartej na kliknięciach w mysich modelach gruczolakoraka przewodowego trzustki (PDAC) i raka jelita grubego27,28. W tym celu zastosowano terapeutyczny radionuklid 177Lu (βmax = 498 keV, t1/2 = 6,7 dnia) w połączeniu z dwoma różnymi przeciwciałami: 5B1, który jest ukierunkowany na antygen węglowodanowy 19,9 (CA19,9) powszechnie ulegający ekspresji w PDAC, oraz huA33, który jest ukierunkowany na A33, transbłonową glikoproteinę ulegającą ekspresji w >95% przypadków raka jelita grubego. W obu przypadkach to podejście do 177Lu-PRIT dało wysokie stężenia aktywności w tkance nowotworowej, stworzyło zależny od dawki efekt terapeutyczny i jednocześnie zmniejszyło stężenia aktywności w zdrowych tkankach w porównaniu z tradycyjnymi bezpośrednio znakowanymi radioimmunokoniugatami.
W tym artykule opisujemy protokoły dla PRIT przy użyciu radioligandu tetrazynowego znakowanego 177Lu-DOTA ([177Lu]Lu-DOTA-PEG7-Tz) oraz zmodyfikowanego przez TCO wariantu przeciwciała huA33 (huA33-TCO). Dokładniej rzecz ujmując, opisujemy budowę huA33-TCO (Rysunek 2), syntezę i znakowanie radioaktywne [177Lu]Lu-DOTA-PEG 7-Tz (Rysunek 3 i Rysunek 4), oraz wyniki badań in vivo nad biodystrybucją i terapią podłużną w mysich modelach raka jelita grubego. Ponadto w reprezentatywnych wynikach i dyskusji prezentujemy przykładowy zestaw danych, omawiamy możliwe strategie optymalizacji tego podejścia i rozpatrujemy tę strategię w szerszym kontekście pretargetingu in vivo i PRIT. Na koniec należy zauważyć, że chociaż zdecydowaliśmy się skupić na pretargetowaniu przy użyciu huA33-TCO i [177Lu]Lu-DOTA-PEG 7-Tz w tym protokole, strategia ta jest wysoce modułowa i może być dostosowana do szerokiego zakresu przeciwciał i radionuklidów.