Terapie blokujące immunologiczne punkty kontrolne, szczególnie te ukierunkowane na Programowaną Śmierć Komórki-1 (PD-1) i Ligand Programowanej Śmierci Komórki 1 (PD-L1), stoją w czołówce strategii immunoterapii raka. Terapie anty-PD-1/PD-L1 zostały zatwierdzone do stosowania w różnych typach nowotworów, takich jak rak hematologiczny, skórny, płucny, wątroby, pęcherza moczowego i nerki1. PD-1 jest transbłonową glikoproteiną należącą do nadrodziny immunoglobulin, charakteryzującą się pojedynczą domeną podobną do zmiennej immunoglobuliny (IgV) na N-końcu, około 20-aminokwasową łodygą oddzielającą domenę IgV od błony plazmatycznej, domeną transbłonową i cytoplazmatycznym ogonem zawierającym motywy sygnalizacyjne oparte na tyrozynie2. PD-L1, zidentyfikowany jako jeden z ligandów PD-1, jest białkiem transbłonowym typu I charakteryzującym się regionem transbłonowym, dwiema domenami zewnątrzkomórkowymi - stałą immunoglobuliny (IgC) i IgV - oraz stosunkowo krótką domeną cytoplazmatyczną, która wyzwala wewnątrzkomórkowe szlaki sygnałowe3. Szlak hamujący PD-1/PD-L1 służy jako krytyczny immunologiczny punkt kontrolny, który reguluje aktywację limfocytów T i autoimmunizację4. PD-1 ulega ekspresji na limfocytach T, gdzie oddziałuje z PD-L1, hamuje sygnalizację receptora limfocytów T i blokuje stymulację cząsteczek CD28 i CD80 na komórkach prezentujących antygen i limfocytach T5. Tkanki nowotworowe wykorzystują ten fizjologiczny mechanizm poprzez nadekspresję PD-L1 podczas fazy ucieczki, tworząc w ten sposób środowisko immunosupresyjne, które sprzyja wzrostowi i progresji guza6. Inhibitory PD-1 i PD-L1 zakłócają tę interakcję, umożliwiając układowi odpornościowemu uniknięcie supresji wywołanej przez nowotwór i ponowne zainicjowanie procesu śmierci komórek nowotworowych za pośrednictwem limfocytów T7.
Opierając się na fundamencie położonym przez znaczącą rolę terapii blokujących immunologiczne punkty kontrolne, rozwój inhibitorów PD-1/PD-L1 oznaczał znaczący postęp w immunoterapii nowotworów. Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) zatwierdziła dziewięć inhibitorów immunologicznych punktów kontrolnych, które są specyficznie ukierunkowane na szlak PD-1 / PD-L1. Należą do nich sześć inhibitorów PD-1 - pembrolizumab, dostarlimab, niwolumab, cemiplimab, orypalimab i tislelizumab - oraz trzy inhibitory PD-L1 - atezolizumab, awelumab i durwalumab8,9. Terapie te są skutecznie stosowane w leczeniu różnych nowotworów, takich jak czerniak, rak płuc, rak dróg moczowych, rak szyjki macicy, rak żołądka lub przełyku i inne guzy lite10. Pomimo swojej skuteczności, terapie oparte na przeciwciałach monoklonalnych napotykają na znaczne ograniczenia, w tym niskie wskaźniki odpowiedzi, wysokie koszty, wydłużone okresy półtrwania, poważne zdarzenia niepożądane związane z układem immunologicznym oraz ograniczenia w podawaniu dożylnym lub podskórnym11,12,13. W związku z tym badania coraz częściej koncentrują się na opracowywaniu małocząsteczkowych inhibitorów ukierunkowanych na oś PD-1/PD-L1. Te małe cząsteczki oferują wyraźne korzyści, takie jak lepsza penetracja komórkowa, modulacja różnych celów biologicznych, zwiększona biodostępność po podaniu doustnym i zmniejszone koszty, w celu osiągnięcia porównywalnych wyników terapeutycznych przy mniejszej liczbie działań niepożądanych14. Jednak rozwój inhibitorów małocząsteczkowych ukierunkowanych na interakcję PD-1/PD-L1 jest na wczesnym etapie, głównie ze względu na brak niezawodnej platformy do badań przesiewowych o wysokiej przepustowości. Takie platformy są niezbędne do szybkiej oceny ogromnych bibliotek małych cząsteczek i identyfikacji związków wiodących w celu dalszej walidacji i optymalizacji. Sprostanie temu wyzwaniu ma kluczowe znaczenie dla postępu w immunoterapii nowotworów.
Technologia powierzchniowego rezonansu plazmonowego (SPR) jest szeroko stosowana do wykrywania różnych biomolekuł, w tym antygenów przeciwciał, enzymów, kwasów nukleinowych i leków, i jest szczególnie skuteczna w badaniach przesiewowych leków małocząsteczkowych15,16. W przeciwieństwie do innych technik biofizycznych, SPR oferuje detekcję bez znaczników, dane kinetyczne w czasie rzeczywistym i szeroki zakres wykrywania. Z kolei kalorymetria miareczkowa izotermiczna nie ma wglądu w kinetykę w czasie rzeczywistym i wymaga większych objętości próbek, co ogranicza przepustowość. Termoforeza w mikroskali jest podatna na zakłócenia buforowe i nie może dostarczyć danych kinetycznych, podczas gdy interferometria biowarstw ma ograniczenia specyficzne dla aplikacji oparte na wielkości i właściwościach molekularnych. Jednorodna fluorescencja czasowo-rozdzielcza wymaga znakowania i jest podatna na zakłócenia fluorescencyjne. Zdajemy sobie sprawę, że HTRF jest kolejną odpowiednią technologią do badania inhibitorów PD-1/PD-L1. Jednym z nieodłącznych ograniczeń HTRF, w porównaniu do SPR, jest wygaszanie fluorescencji spowodowane zewnętrznymi interakcjami z procesem wzbudzenia wewnątrzcząsteczkowego (np. transfer elektronów, FRET i bielenie), czułość jest zbyt niska w procesie przesiewowym leków ze względu na mały zakres okna i interferencję ze związkami z biblioteki fluorescencyjnej lub białkami biologicznymi17. Cechy te pozycjonują SPR jako doskonałe narzędzie do odkrywania leków. Nasze poprzednie badania wykazały, że SPR jest w stanie określić efekt blokady małych cząsteczek przeciwko PD-1/PD-L1, co jest korzystne w porównaniu z innymi technikami, które wymagają wysokich wymagań technologii znakowania, wielu etapów, słabej swoistości i wysokich kosztów w procesie odkrywania leków18.
To badanie wprowadza zoptymalizowaną platformę opartą na SPR, integrującą dwuetapowy proces sprzęgania, który wykorzystuje zarówno sprzężenie aminowe, jak i bio-streptawidynowe, aby poprawić orientację PD-1 na chipie i zminimalizować zużycie białka. To zaktualizowane podejście zostało pomyślnie zweryfikowane przy użyciu inhibitora PD-1/PD-L1 BMS-1166 jako spoiwa kontroli pozytywnej, wykazując efekty blokady porównywalne zarówno z naszą poprzednią metodą SPR, jak i innymi uznanymi technikami, takimi jak ELISA19,20. To nie tylko potwierdza niezawodność i odtwarzalność naszego protokołu, ale także ilustruje skuteczność naszej zmodyfikowanej platformy w ułatwianiu wysokoprzepustowych badań przesiewowych inhibitorów PD-1/PD-L1. Włączenie etapu wychwytywania biostreptawidyny zapewnia orientację białka skierowaną na miejsce, a nie losową, co pozwala na zmniejszenie stężenia PD-1 (40 μg/ml vs. 10 μg/ml) i oszczędność kosztów poprzez umożliwienie użytkownikowi końcowemu immobilizacji streptawidyny (SA) do chipa CM5, tańszej alternatywy dla skomercjalizowanych, wstępnie unieruchomionych chipów SA. To sprawia, że jest to korzystne dla dużych, opłacalnych badań przesiewowych bibliotek związków/peptydów. Chociaż dodatkowe metody charakteryzacji, w tym testy in silico, in vitro i in vivo, są niezbędne do oceny potencjału klinicznego inhibitorów PD-1/PD-L1 przeciwko nowotworom, nasza ulepszona platforma przesiewowa oparta na SPR wyróżnia się jako skuteczne narzędzie do badań przesiewowych na dużą skalę inhibitorów PD-1/PD-L1.