Przeciwciała znakowane izotopowo (rAb) znajdują szerokie zastosowanie w medycynie. Choć większość z nich jest wykorzystywana w onkologii jako środki obrazujące i terapeutyczne, istnieją również zastosowania obrazowe w przypadku stanów zapalnych związanych z reumatologią, kardiologii oraz neurologii1. Obrazowanie z użyciem rAb wykazuje wysoką czułość w wykrywaniu zmian i ma potencjał wspomagania doboru pacjentów do leczenia2,3,4,5. Są one również stosowane w terapii ze względu na ich specyficzność wobec odpowiednich antygenów. W strategii znanej jako teranostyka to samo rAb jest wykorzystywane zarówno do obrazowania, jak i do leczenia6.
W idealnym przypadku przeciwciało wybrane do znakowania radiacyjnego jest takim, którego wysokie powinowactwo i swoistość wiązania zostały już potwierdzone za pomocą metod bez użycia izotopów promieniotwórczych. Znakowanie radiacyjne przeciwciał można przeprowadzić poprzez bezpośrednią modyfikację chemiczną przeciwciał radionuklidem tworzącym trwałe wiązania kowalencyjne (np. radiojodem) lub pośrednio poprzez konjugację z chelatorami, które następnie koordynują radiometale7,8. Bezpośrednie znakowanie radiacyjne, np. radiojodem, modyfikuje konkretnie reszty tyrozyny i histydyny w przeciwciale. Jeśli reszty te są istotne dla wiązania antygenu, taka radiokonjugacja zmieni powinowactwo wiązania. Z drugiej strony istnieje wiele ugruntowanych protokołów konjugacji i pośredniego znakowania radiacyjnego przeciwciał. Na przykład powszechnym chelatorami używanym do wiązania cyrkonu-89 (89Zr) w obrazowaniu PET przeciwciał jest p-izotiocyjanatobenzylowa desferioksamina (DFO), która jest konjugowana w sposób losowy z resztami lizyny przeciwciała9,10. Jeśli w regionie wiążącym antygen znajdują się reszty lizyny, konjugacja w tych miejscach może sterycznie utrudniać wiązanie antygenu i tym samym upośledzić wiązanie przeciwciało-antygen. Zatem różne metody radiokonjugacji stosowane do pośredniego lub bezpośredniego znakowania radiacyjnego przeciwciał mogą potencjalnie wpływać na immunoreaktywność, definiowaną jako zdolność radiokonjugatu przeciwciała do wiązania się z jego antygenem7,11. Metody konjugacji specyficznej dla konkretnego miejsca mogą ominąć to ograniczenie, jednak techniki te wymagają inżynierii przeciwciał w celu wprowadzenia dodatkowych reszt cysteiny lub specjalistycznej wiedzy w zakresie reakcji enzymatycznych na resztach węglowodanowych12,13,14,15,16. Po oznakowaniu radiacyjnym przeciwciała ważne jest sprawdzenie, czy zachowana została immunoreaktywność, jako element charakterystyki rAb. Jednym ze sposobów pomiaru immunoreaktywności jest oznaczenie powinowactwa wiązania rAb.
Celem niniejszego protokołu jest opisanie procesu określania powinowactwa wiązania rAbs przy użyciu uznanego testu nasycenia radioligandem w celu ilościowego oznaczenia wiązania rAb-antygen. Tendencja wiązania została przedstawiona na Rysunku 1. Ilość związanego antygenu będzie wzrastać wraz z dodawaniem większej ilości rAb do stałej ilości antygenu unieruchomionego. Po nasyceniu wszystkich miejsc wiążących antygen zostanie osiągnięty poziom plateau, a dodawanie kolejnych rAbs nie będzie miało wpływu na ilość związanego antygenu. W tym modelu stała dysocjacji równowagowej (KD) jest stężeniem przeciwciała, które zajmuje połowę receptorów antygenowych17. KD określa, jak silnie przeciwciało wiąże się ze swoim celem, przy czym niższa wartość KD odpowiada wyższemu powinowactwu wiązania. Wcześniej zgłaszano, że idealne rAb powinno mieć KD równe 1 nanomolarowi lub mniej18. Jednakże opracowano nowsze rAbs o KD w niskim zakresie nanomolarnym, które są uważane za odpowiednie do nieinwazyjnych zastosowań obrazowania19,20,21,22. Innym parametrem, który można określić w teście nasycenia radioligandem dla rAbs, jest Bmax, który odpowiada maksymalnej ilości wiązania antygenu. Bmax może być wykorzystany do obliczenia liczby cząsteczek antygenu, jeśli jest to wymagane.

Rysunek 1: Reprezentatywna krzywa wiązania nasycającego. Procent związanego antygenu przedstawiono w funkcji rosnących stężeń przeciwciał dodanych do stałej ilości antygenu. Powiększenia obrazują wiązanie w różnych punktach. Przedstawiono stężenie i wiązanie odpowiadające odpowiednio KD i Bmax. Rysunek został przygotowany przy użyciu BioRender.com. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Ten test jest szczególnie istotny dla znakowanych promieniotwórczo konstrukcji przeciwciał bispecyficznych, aby określić KD dla każdego ramienia fragmentu wiążącego antygen (Fab) przeciwciała bispecyficznego wiążącego się z odpowiednimi antygenami. Protokół ten może być wykorzystany do oddzielnego wyznaczenia KD każdego ramienia Fab na unieruchomionych antygenach, aby niezależnie scharakteryzować, czy powinowactwo wiązania każdego ramienia Fab do jego odpowiedniego antygenu uległo zmianie po radiokonjugacji. Protokół ten został zademonstrowany z użyciem znakowanego promieniotwórczo amivantamabu, przeciwciała bispecyficznego przeciwko receptorowi epidermalnego czynnika wzrostu (EGFR) i białkom mezenchymalno-nabłonkowym przejścia cytoplazmatycznego (cMET)19. Jako przykłady wykorzystano również znakowane promieniotwórczo przeciwciała jednoramienne, w których jedno ramię Fab wiąże się z EGFR (α-EGFR) lub z cMET (α-cMET), a drugie ramię Fab stanowi kontrolę izotypową19. Protokół ten jest również odpowiedni dla każdego przeciwciała znakowanego promieniotwórczo o znanym antygenie, który można unieruchomić. W tym protokole szereg rozcieńczeń rAb dodaje się do stałej ilości unieruchomionego antygenu w wyznaczonych studzienkach specyficznych dla każdego ramienia Fab rAb. rAb dodaje się również do studzienek zablokowanych jedynie albuminą surowiczą bydlęcą (BSA), bez antygenu, w celu określenia wiązania niespecyficznego. Aby wyznaczyć wiązanie specyficzne, od całkowitego wiązania rAb odejmuje się wiązanie niespecyficzne do unieruchomionego antygenu. Otrzymana krzywa wiązania nasycenia jest następnie wykorzystywana do wyznaczenia KD, zgodnie z powyższym opisem.
Jedną z zalet tej metody jest wyższa powtarzalność przy użyciu oczyszczonych antygenów w porównaniu z wykorzystaniem linii komórkowych jako źródła antygenów, biorąc pod uwagę, że poziomy ekspresji antygenów mogą ulegać zmianom podczas hodowli komórkowej, a różne linie komórkowe wykazują zmienny poziom ekspresji antygenów. W przypadku znakowanych izotopowo przeciwciał bispecyficznych linie komórkowe wykazujące ekspresję tylko jednego z antygenów bez drugiego mogą być niedostępne, co sprawiłoby, że charakterystyka powinowactwa wiązania poszczególnych ramion Fab byłaby bardzo trudna. Co istotne, kluczową zaletą metody testu nasycenia radioligandem nad metodami bez znakowania izotopowego jest specyficzna charakterystyka powinowactwa wiązania rAb bez wpływu nie sprzężonej frakcji rAb. Z najlepszej wiedzy autorów, obecnie nie istnieją techniki oczyszczania pozwalające na oddzielenie rAb od jego macierzystego, niesprzężonego przeciwciała. Ze względu na stosunkowo niewielki rozmiar chelatora i radionuklidu, ich wkład w całkowitą masę cząsteczkową rAb jest nieistotny w chromatografii wykluczania SIZE. Zatem produkt uzyskany z dowolnej techniki znakowania izotopowego jest prawie zawsze mieszaniną rAb i jego macierzystego, niesprzężonego przeciwciała. Określanie powinowactwa wiązania przy użyciu testu nasycenia znakowanego izotopowo zapewnia, że testowanym produktem jest wyłącznie rAb.