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Chemistry

Il bioconjugation e radiosintesi di Published: February 12, 2015 doi: 10.3791/52521
Automatic Translation
1, 1
1Department of Radiology, Memorial Sloan Kettering Cancer Center

Abstract

L'eccezionale affinità, specificità e selettività degli anticorpi li rendono vettori straordinariamente interessanti per i radiofarmaci PET tumorali mirati. Grazie alla loro più giorni biologica emivita, anticorpi devono essere etichettati con radionuclidi ad emissione di positroni con decadimento fisico emivita relativamente lunghi. Tradizionalmente, i-positroni emettitori isotopi 124 I (t 1/2 = 4.18 d), 86 Y (t 1/2 = 14,7 ore), e 64 Cu (t 1/2 = 12,7 ore) sono stati utilizzati per etichettare anticorpi per l'imaging PET. Più recentemente, tuttavia, il campo è assistito ad un drammatico aumento dell'uso della ad emissione di positroni radiometalli 89 Zr in agenti di imaging PET a base di anticorpi. 89 Zr è un radioisotopo quasi ideale per l'imaging PET con immunoconiugati, in quanto possiede un mezzo fisico -Life (t 1/2 = 78,4 ore) che è compatibile con la farmacocinetica in vivo di anticorpi ed emette un relativamente basso enepositroni rgy che produce immagini ad alta risoluzione. Inoltre, gli anticorpi possono essere semplicemente etichettati con 89 Zr con il chelante deferoxamina sideroforo-derivato (DFO). In questo protocollo, l'antigene di membrana rivolti anticorpi J591 prostatico specifico sarà utilizzato come sistema modello per illustrare (1) la bioconjugation del chelante bifunzionale DFO-isotiocianato di un anticorpo, (2) la radiosintesi e purificazione di un 89 ZR- DFO-mAb radioimmunoconjugate, e (3) in vivo di imaging PET con 89 Zr-DFO-mAb radioimmunoconjugate in un modello murino di cancro.

Introduction

A causa della loro notevole sensibilità, affinità e selettività, anticorpi sono stati a lungo considerati vettori promettenti per la fornitura di radioisotopi a cellule tumorali. Tuttavia, la loro applicazione in tomografia a emissione di positroni (PET) è stato ostacolato dalla mancanza di un adeguato radioisotopi ad emissione di positroni per la loro etichettatura. 1-3 Una delle considerazioni più critici nella progettazione di radioimmunoconjugates è corrispondente al decadimento fisico mezza vita del radioisotopo alla farmacocinetica in vivo dell'anticorpo. Più in particolare, gli anticorpi hanno spesso relativamente lunghi, più giorni di dimezzamento biologico e quindi devono essere etichettati con radioisotopi con emivita fisiche comparabili. Per le applicazioni di imaging PET, gli anticorpi sono stati tradizionalmente radiomarcato con 64 Cu (t 1/2 = 12,7 ore), 86 Y (t 1/2 = 14,7 ore), o 124 I (t 1/2 = 4.18 d). 4, 5 Tuttavia, ciascuno diquesti radioisotopi possiede significative limitazioni che ostacolano la loro idoneità per l'imaging clinico. Mentre radioimmunoconjugates etichettati con 86 Y e 64 Cu sono dimostrati promettenti in studi preclinici, entrambi isotopi possedere emivite fisiche che sono troppo breve per essere efficace per l'imaging nell'uomo. 124 I, invece, ha una emivita fisica quasi ideale per l'imaging con anticorpi, ma è costoso e presenta caratteristiche di decadimento subottimali che portano alla risoluzione relativamente bassa immagini cliniche. Inoltre, 124 radioimmunoconjugates I marcati possono essere soggetti a dealogenazione in vivo, un processo che può abbassare rapporti attività tumorale-a-background. 6,7

La spinta a trovare un radioisotopo che emette positroni-a soppiantare 64 Cu, 86 Y, e 124 sono in radioimmunoconjugates ha alimentato il recente aumento di ricerche sulla 89 anticorpi Zr-etichettati. 8-12 Tha ragione per l'avvento di 89 Zr è semplice: il radiometalli possiede caratteristiche chimico-fisiche quasi ideale e per l'uso in radioimmunoconjugates PET diagnostici 13 89 Zr viene prodotto tramite l'89 Y (p, n) 89 reazione Zr su un ciclotrone con un. commercialmente disponibili e il 100% naturalmente abbondante 89 porta Y. 14,15 Il radiometalli ha un rendimento del 23% di positroni, decade con un'emivita di 78,4 ore, ed emette positroni con relativamente bassa energia di 395,5 keV (Figura 1). 13,16,17 E 'importante notare che Zr 89 emette anche un alta energia, 909 keV γ-ray con efficienza del 99%. Mentre questa emissione non interferisce energicamente con le emessi 511 fotoni keV, richiede considerazione in più per quanto riguarda i trasporti, la gestione, e dosimetria. Nonostante questo avvertimento, queste caratteristiche di decadimento in ultima analisi significa che 89 Zr non solo ha un h più favorevolealf-vita per l'imaging con anticorpi di 86 Y e 64 Cu, ma può anche produrre immagini ad alta risoluzione di 124 I, che emette positroni con energie superiori di 687 e 975 keV, nonché un numero di fotoni con energie dentro 100-150 keV di i fotoni positroni creati 511 keV. 13 Inoltre, Zr 89 è anche più sicuro da maneggiare, meno costosi da produrre, e residualizes nei tumori più efficacemente rispetto al suo omologo iodio radioattivo. 18,19 Una potenziale limitazione di 89 Zr è che non ha un isotopologue terapeutica, ad esempio, 86 Y (PET) vs. 90 Y (terapia). Ciò preclude la costruzione di chimicamente identici, agenti di imaging surrogati che possono essere impiegati come esploratori dosimetrici per i loro omologhi terapeutici. Detto questo, le indagini indicano che 89 anticorpi Zr-marcati hanno potenziale come surrogati di imaging per 90 Y e 177 immunoconiugati Lu-etichettati.20,21

Dal punto di vista chimico, come un metallo del gruppo IV, 89 Zr +4 esiste come cationi in soluzione acquosa. Ion Il Zr 4+ è altamente caricata, relativamente grande (efficace raggio ionico = 0,84 Å), e può essere classificato come un catione "hard". Come tale, essa presenta una preferenza per ligandi recanti fino a otto dure, donatori di ossigeno anionici. Facilmente il chelante più comune utilizzato in 89 radioimmunoconjugates Zr-etichettati è deferoxamina (DFO), un sideroforo-derivato, chelante aciclico recanti tre gruppi idrossammato. Il legante coordina stabilmente il catione Zr 4+ rapido e pulito a RT a livelli di pH biologicamente rilevanti, e il risultante complesso Zr-DFO rimane stabile nel corso di diversi giorni in soluzione salina, siero di sangue, e sangue intero. 22 studi computazionali suggeriscono fortemente che DFO forma un complesso con hexacoordinate Zr 4+ in cui il centro metallico è coordinata ai tre neutral e tre donatori di ossigeno anionici del ligando e due leganti acqua esogeni (Figura 2). 23,24 Il comportamento in vivo della radioimmunoconjugates impiegano la coniugazione scaffold 89 Zr-deferoxamina stata generalmente eccellenti. Tuttavia, in alcuni casi, imaging e studi di biodistribuzione acuti hanno rivelato elevati livelli di attività nelle ossa di topi iniettati con 89 Zr-anticorpi marcati, dati che suggeriscono che il osteophilic 89 Zr 4+ catione viene rilasciato dal chelante in vivo e successivamente mineralizza nell'osso. 25 Di recente, una serie di indagini lo sviluppo di nuovi 89 Zr 4+ chelanti ligandi particolare con otto donatori di ossigeno sono apparsi in letteratura. 24,26,27 Tuttavia, allo stato attuale, DFO è il chelante più ampiamente impiegato in 89 radioimmunoconjugates Zr-etichettato con un ampio margine. Una varietà di differentistrategie bioconjugation sono stati impiegati per collegare DFO ad anticorpi, inclusi bioorthogonal click chemistry, la reazione di tiolo reattivo DFO costruisce con cisteine ​​in l'anticorpo, e la reazione dell'estere attivato fruttiferi DFO costruisce con lisine nella anticorpi. 4,28- 30 Facilmente la strategia più comune, tuttavia, è stato l'uso di un derivato isotiocianato-cuscinetto di DFO, DFO-NCS (Figura 2). 22 Questo chelante bifunzionale disponibile in commercio robusto e affidabile forma stabile, legami covalenti tiourea con lisine della anticorpo (Figura 3).

Negli ultimi anni, una grande varietà di 89 radioimmunoconjugates Zr-DFO-marcati sono stati riportati in letteratura. Indagini preclinici sono stati particolarmente abbondanti, con anticorpi che vanno dal più noto cetuximab, bevacizumab, trastuzumab e di anticorpi più esoteriche come il-CD105 di targeting TRC105 e fPSA-targeting 5A10. 30-36 Più recentemente, un piccolo numero di studi clinici di fase precoce con 89 anticorpi Zr-DFO-marcati sono emerse in letteratura. Trials particolare, i gruppi in Olanda hanno pubblicato impiegano 89 Zr-DFO-cmAb U36, 89 Zr-DFO-ibritumomab tiuxetano, e 89 Zr-DFO-trastuzumab. 21,32,37 Inoltre, una serie di altri studi clinici con 89 radioimmunoconjugates Zr-marcati sono attualmente in corso, comprese le indagini qui al Memorial Sloan Kettering Cancer Center utilizzando la PSMA-targeting 89 Zr-DFO-J591 per l'imaging del cancro alla prostata e il 89 Zr-DFO-trastuzumab-HER2 di targeting per l'imaging del cancro al seno. 23, 30 Inoltre, mentre gli anticorpi radioattivi restano i più comuni 89 radiofarmaci Zr-etichettati, il radiometalli ha sempre stato impiegato con altri vettori, tra cui peptidi, proteine ​​e nanomateriali. 38-43

La modularità di questo 89 Zr-DFO metodologia di etichettatura è una risorsa enorme. Il repertorio di anticorpi-biomarker di targeting è in continua espansione, e l'interesse per l'esecuzione in PET vivo utilizzando questi costrutti sta crescendo rapidamente. Di conseguenza, riteniamo che lo sviluppo di pratiche più standardizzate e protocolli potrebbe beneficiare il campo. Un protocollo sperimentale eccellente scritto per deferoxamina-NCS coniugazione e 89 Zr radiomarcatura è già stato pubblicato da Vosjan, et al. 22 Riteniamo che la dimostrazione visiva fornita da questo lavoro potrebbe aiutare ulteriormente gli investigatori nuovi a queste tecniche. Nel protocollo a mano, l'antigene di membrana rivolti anticorpi J591 prostatico specifico sarà utilizzato come sistema modello per illustrare (1) la bioconjugation del chelante bifunzionale DFO-isotiocianato di un anticorpo, (2) la radiosintesi e purificazione del 89 Zr-DFO-mAb radioimmunoconjugate,e (3) in vivo PET con 89 Zr-DFO-mAb radioimmunoconjugate in un modello murino di cancro. 23,44,45

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Protocol

Tutti gli esperimenti sugli animali in vivo descritti sono stati eseguiti secondo un protocollo approvato e alle linee guida etiche del Memorial Sloan Kettering Cancer Center Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC).

1. Coniugazione DFO-NCS a J591

  1. In una provetta da microcentrifuga 1,7 ml, preparare una soluzione di 2-5 mg / ml di J591 in 1 ml di soluzione salina 1x tampone fosfato (pH 7,4) o 0,5 M tampone HEPES (pH 7,4).
  2. Sciogliere DFO-NCS in DMSO secco in concentrazione compresa tra 5-10 mM (3,8-7,6 mg / ml). Sonicare o vortex la soluzione accuratamente per facilitare la completa dissoluzione.
  3. Regolare il pH della soluzione a 8,8-9,0 J591 aggiungendo piccole aliquote (<10 microlitri) di 0,1 M Na 2 CO 3.
  4. Una volta che la soluzione di anticorpo è alla giusta pH, aggiungere un volume della soluzione DFO-NCS corrispondente a 3-4 volte eccesso molare del chelante bifunzionale.
    1. Per l'esamepio, aggiungere 4-5 ml di un 10 mm (7,6 mg / ml) soluzione di DFO-NCS (40,4 nmol DFO-NCS) a 1 ml di una / soluzione di anticorpi J591 ml 2 mg (13.3 nmol J591). La quantità di DMSO nella miscela di reazione acquosa finale non deve superare il 2% v / v.
  5. Incubare la reazione per 30 minuti a 37 ° C su un blocco di riscaldamento agitazione a 350 rpm.
  6. Dopo 1 ora a 37 ° C, purificare il immunoconiugato risultante utilizzando una dimensione monouso colonna di esclusione desalificazione preconfezionata con un peso molecolare di 50.000 cut-off utilizzando 0,5 M tampone HEPES (pH 7,4) come eluente. Questo passaggio produrrà una soluzione del costrutto completato J591-DFO 2 ml.
  7. Misurare la concentrazione del J591-DFO di costruire su uno spettrofotometro UV-Vis.
  8. Se si desidera una maggiore concentrazione del costrutto, concentrare la soluzione J591-DFO utilizzando un'unità filtro centrifugo con un peso molecolare di 50.000 cut-off.
  9. Conservare la soluzione del completamento immunoconiugato J591-DFO a -20 ° C al buio.

2. radiomarcatura J591-DFO con 89 Zr

ATTENZIONE: Questo passaggio del protocollo comporta il trattamento e la manipolazione di radioattività. Prima di eseguire questa procedura o esecuzione di qualsiasi altro lavoro con i ricercatori di radioattività dovrebbe consultare con il Dipartimento di sicurezza di radiazione del proprio istituto. Tutte le possibili misure dovrebbero essere adottate per ridurre al minimo l'esposizione alle radiazioni ionizzanti.

NOTA: Ai fini di una corretta radiochimica nota-keeping, la quantità di radioattività nel campione deve essere misurata con un calibratore di dosi e registrato prima e dopo passaggi 2,2-2,13 nel protocollo di seguito. Ciò contribuirà con la determinazione precisa dei rendimenti radiochimica e attività specifiche.

  1. Preparare una soluzione di 0,5-2,0 mg di J591-DFO in 200 ml di 0,5 M tampone HEPES, pH 7.5.
  2. Pipettare un volume del <sup> 89 soluzione Zr 4+ magazzino (di solito fornita in 1.0 M acido ossalico), corrispondenti a 1,0-6,0 mCi (37-222 MBq) in un 2 ml di plastica provetta con tappo a vite. Regolare il volume di questa soluzione per un totale di 300 ml con acido ossalico 1,0 M.
  3. Regolare il pH della soluzione 89 Zr 4+ a 6,8-7,5 usando 1,0 M Na 2 CO 3. Iniziare aggiungendo 250 ml di 1,0 M Na 2 CO 3 al 89 Zr 4+ soluzione e successivamente aggiungere più piccolo (<10 microlitri) aliquote di base per ottenere il pH desiderato.
  4. Aggiungere la quantità desiderata di soluzione pH aggiustato 89 Zr 4+ alla soluzione J591-DFO preparata al punto 2.1.
  5. Controllare il pH della miscela di reazione radiomarcatura per garantire che rientra nell'intervallo desiderato di 6,8-7,5.
  6. Incubare la reazione radiomarcatura per 60 min a RT su un blocco di riscaldamento agitazione a 350 rpm.
  7. Dopo 60 min di incubazione, misurare la radiolabeling resa della reazione con la radio-TLC.
    1. A tal fine, individuare 1 pCi della miscela di reazione radiomarcatura su TLC strip silice impregnata. Lasciare l'aliquota da asciugare, eseguire il TLC con un eluente di 50 DTPA mM (pH 5.5) e analizzare la striscia TLC utilizzando uno scanner radio TLC. 89 Zr 4+ legato al costrutto J591-DFO apparirà all'origine (R f <0.1), mentre i cationi liberi 89 Zr 4+ saranno chelato con DTPA e si eluire con il fronte del solvente (R f> 0.9).
    2. Calcolare la resa della reazione radiomarcatura integrando il cromotogramma radioattivo, dividendo l'area sotto la curva da R f 0.0-0.1 per l'area totale sotto la curva, e moltiplicando per 100.
  8. Se la resa radiomarcatura è sufficiente (tipicamente una attività specifica teorica> 2 mCi / mg), spegnere la reazione con 5 ml di 50 DTPA mM, pH 5,5.
  9. Purificare la risultante immunoconiugato using dimensioni getta colonna esclusione dissalazione pre-compresso con un peso molecolare di 50.000 cut-off con un eluente del 0,9% soluzione salina sterile con 5 mg / acido gentisico ml o 0,25 M di acetato di sodio (pH 5.5) con 5 mg / acido gentisico ml . Questo passaggio produrrà una soluzione del completamento radioimmunoconjugate 89 Zr-DFO-J591 2 ml.
  10. Dopo la purificazione, di verificare la purezza radiochimica del 89 Zr-DFO-J591 utilizzando radio-TLC come descritto al punto 2.7.
  11. Calcolare la resa complessiva radiomarcatura della reazione dividendo la quantità di attività inizialmente aggiunto alla soluzione di anticorpi per la quantità di radioattività isolato con il purificato 89 Zr-DFO-J591 radioimmunoconjugate.
  12. Calcolare l'attività specifica finale dividendo la quantità di attività isolato con il purificato 89 Zr-DFO-J591 radioimmunoconjugate dalla massa iniziale di DFO-J591 nella reazione radiomarcatura.
  13. Se una concentrazione maggiore si desidera, concentrarsi the 89 soluzione Zr-DFO-J591 utilizzando un'unità filtro centrifugo con un peso molecolare di 50.000 cut-off.
    NOTA: L'acido gentisico usato nella fase di purificazione finale è una radio-protettivo impiegato per minimizzare la degradazione dell'anticorpo causa radiolisi 46 Mentre la memorizzazione del 89 Zr-DFO-J591 radioimmunoconjugate fino a 48 ore a 4 ° C. è possibile, non è consigliabile. Se il radioimmunoconjugate deve essere memorizzato, utilizzare 0,25 M di acetato di sodio (pH 5,5) con 5 mg / ml di acido gentisico come tampone di stoccaggio per minimizzare il rischio di radiolisi ipoclorito-mediata. 47

3. In Vivo PET Imaging con 89 Zr-DFO-J591

ATTENZIONE: I Sezione protocollo 2, questa fase del protocollo comporta la gestione e la manipolazione della radioattività. Prima di effettuare questa procedura i ricercatori dovrebbero consultarsi con il Dipartimento di sicurezza di radiazione del proprio istituto. Tutti possibLe misure dovrebbero essere prese per ridurre al minimo l'esposizione alle radiazioni ionizzanti.

  1. In maschi topi nudi atimici, impianto sottocute 5 x 10 6 LNCaP cellule tumorali della prostata e permettere a questi di crescere a un xenotrapianto 100-150 mm 3 (3-4 settimane dopo l'inoculazione). 44
  2. Diluire il radioimmunoconjugate 89 Zr-DFO-J591 ad una concentrazione di 1,0 mCi / ml in 0,9% soluzione salina sterile.
  3. Iniettare 200 ml di soluzione di 89 Zr-DFO-J591 (200 uCi; 7,4 MBq). Nella vena della coda laterale dei topi xenotrapianto portanti 48
  4. Al punto di tempo di imaging desiderato (ad esempio, 12, 24, 48, 72, 96, o 120 hr post-iniezione), anestetizzare il mouse con isoflurano 2%: miscela di gas ossigeno.
  5. Posizionare il mouse sul letto del piccolo scanner PET animali, e mantenere l'anestesia durante la scansione utilizzando una isoflurane 1%: miscela di ossigeno. Prima di mettere l'animale sul piatto dello scanner, verificare l'anestesia con il metodo punta pinch e apply pomata oftalmica agli occhi del mouse per evitare l'essiccazione durante l'anestesia. 49
  6. Acquisire i dati PET per il mouse tramite una scansione statico con un minimo di 40 milioni di eventi coincidenti utilizzando una finestra di energia di 350-700 keV ed una finestra di temporizzazione coincidenza di 6 nsec. 50
  7. Dopo aver completato l'acquisizione delle immagini, non lasciare incustodito il mouse e non metterlo in una gabbia con altri topi fino a quando non ha ripreso conoscenza.

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Representative Results

Il primo passo in questo protocollo la coniugazione del DFO-NCS per l'anticorpo è in genere abbastanza robusto e affidabile. Generalmente, purificato, immunoconiugato chelante modificato può essere ottenuta in> 90% di resa, e con 3 equivalenti molari di DFO-NCS nella reazione iniziale coniugazione produrrà un gradi di etichettatura del chelante di circa 1,0-1,5 DFO / mAb. Le 89 Zr radiomarcatura e purificazione fasi della procedura sono altrettanto semplici. Alle concentrazioni indicate nel protocollo di cui sopra, i rendimenti radiomarcatura di> 80% e le attività così specifiche su> 2,0 mCi / mg sono tipiche dopo 60 minuti a temperatura ambiente. Il cromatogramma radio TLC della miscela grezza radiomarcatura probabilmente rivelare alcune DTPA-bound 89 Zr 4+ che eluisce al fronte del solvente (Figura 4A). Tuttavia, dopo tempra la reazione con DTPA e purificare il 89 Zr-DFO-mAb costruire tramite cromatografia di esclusione dimensioni, il radiocpurezza ad agenti chimici del purificato, isolato 89 Zr-DFO-mAb coniugato deve essere> 95% (Figura 4B). Nel caso in cui la purezza radiochimica del isolata 89 Zr-DFO-mAb coniugato è inferiore al 95%, la procedura di purificazione deve essere ripetuta prima di eseguire qualsiasi in vitro o in vivo.

Passando agli esperimenti in vivo, nel protocollo di cui sopra, topi nudi atimici recanti PSMA esprimono, LNCaP xenotrapianti tumorali della prostata sono stati impiegati per studiare il comportamento in vivo di 89 Zr-DFO-J591. Sia biodistribuzione acuta e esperimenti di imaging PET hanno rivelato che 89 Zr-DFO-J591 delinea chiaramente gli xenotrapianti tumorali della prostata con un eccellente contrasto e alti rapporti di tumore-to-sfondo di attività (Figura 5). L'assorbimento del radioimmunoconjugate nel tumore è evidente già a partire 24 ore (20,9% ± 5,6% ID / g), e l'attivitàconcentrazione nel tumore aumenta a un massimo del 57,5% ± 5,3% ID / g a 96 ore dopo l'iniezione. Come è tipico per radioimmunoconjugates, una concentrazione relativamente elevata di radiotracciante è presente nel sangue in punti temporali iniziali (9,1% ± 5,3% ID / g in 24 ore), seguita da una lenta diminuzione della quantità di radioattività nel sangue sulla corso dell'esperimento. Il tessuto non-bersaglio con la concentrazione più alta attività era l'osso, che ha mostrato valori di assorbimento di circa il 10% ID / g durante l'esperimento, presumibilmente a causa del rilascio in vivo del catione osteophilic 89 Zr 4+. Tutti gli altri organi, tra cui cuore, polmoni, fegato, milza, stomaco, grande e piccolo intestino, reni, e mostrato concentrazioni di attività relativamente bassi muscolare, spesso ben al di sotto del 5% ID / g. Come controllo, una coorte aggiuntiva di topi sono stati iniettati co-iniettato 300 mg senza etichetta DFO-J591 per saturare l'antigene e illustrare blocco selettivo così. Criti mente, l'esperimento blocco abbassato captazione del radioimmunoconjugate nel tumore dal 48,9% ± 9,3% ID / g al 23,5% ± 11,1% ID / g in 72 ore dopo l'iniezione, indicando chiaramente che 89 Zr-DFO-J591 colpisce selettivamente il suo antigene.

Figura 1
Figura 1. (A) Uno schema decadimento semplificata e (B) alcune caratteristiche salienti di decadimento 89 Zr 13,16,17 IT = transizione isomerica.; EC = cattura di elettroni. Modificato e ristampato con il permesso di Deri, et al. Medicina Nucleare e Biologia. 40, 3-14 (2013). Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Figura 2. (A) La struttura del DFO-NCS con gli atomi di ossigeno coordinamento di colore rosso; (B) Una struttura DFT-derivato del complesso coordinamento Zr-DFO. Modificato e ristampato con il permesso di Deri, et al. Journal of Medicinal Chemistry. 57, 4.849-4.860 (2014). Copyright 2014 American Chemical Society. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3

Figura 3. Schema del bioconjugation e radiomarcatura di 89 Zr-DFO-J591.et = "_ blank"> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4
Figura 4. rappresentativi cromatogrammi radio-TLC della miscela radiomarcatura grezzo (A) ed il prodotto purificato (B) di 89 Zr-DFO-J591. Radio-TLC sono stati analizzati su strisce di silice utilizzando un eluente di 50 DTPA mM, pH 5,0. favore clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5
Figura 5. immagini Coronal PET di 89 Zr-DFO-J591 (11,1-12,9 MBq [300-345 uCi] iniettato via vena della coda in 200 ml 0,9% soluzione salina sterile) in topi nudi atimici recanti sottocutanea, PSMA esprimonoXenotrapianti tumorali della prostata LNCaP (frecce bianche) tra 24 e 120 ore dopo l'iniezione. Modificato e ristampato con il permesso di Zeglis, et al. Bioconjugate Chimica 24., 1057-1067 (2013). Copyright 2013 American Chemical Society. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Discussion

Mentre la costruzione, radioimmunoconjugates radiomarcatura, e l'imaging di 89 Zr-DFO-etichettati è generalmente una procedura piuttosto semplice, è importante mantenere un paio di considerazioni fondamentali in mente durante ogni fase del processo. Per esempio, forse la causa più probabile di preoccupazione durante la fase coniugazione del procedimento è l'aggregazione dell'anticorpo durante la reazione di coniugazione. Questo problema è spesso un prodotto di scarsa miscelazione della reazione di coniugazione dopo l'aggiunta della soluzione madre DFO-NCS. 22 Quando questo accade, la distribuzione non omogenea della DFO-NCS può causare eccessivamente elevati livelli di reazione locale con il anticorpi, che a sua volta può portare a aggregazione. Questo problema può essere relativamente facilmente aggirato aggiungendo la soluzione stock DFO-NCS in piccole aliquote (<5 microlitri), miscelando accuratamente la miscela di reazione dopo l'aggiunta del DFO-NCS, e agitando la miscela di reazione su una temperature-controllato shaker. Inoltre, dopo la coniugazione e purificazione del costrutto DFO-mAb, è importante determinare con precisione il numero di DFO coniugato a ciascun mAb. La caratterizzazione completa del numero di DFO chelati per anticorpo può essere ottenuto utilizzando radiometriche isotopico diluizione esperimenti simili a quelle eseguite da Holland, et al. E Anderson, et al., Anche se la spettrometria di massa MALDI-TOF è una valida alternativa. 14,23 , 30,51,52 Durante la fase di radiomarcatura, facilmente il problema più comune è inferiore al previsto rendimenti radiomarcatura. Se la raccolta inaspettatamente bassi si verificano nonostante assiduamente seguendo il protocollo di cui sopra, tre strategie di risoluzione dei problemi differenti sono disponibili: (1) l'incubazione la reazione radiomarcatura per importi di tempo più lunghi (ad esempio, 2-3 ore); (2) ripetere la reazione radiomarcatura con una maggiore concentrazione di anticorpo; o (3) ripetendo la reazione di coniugazione DFO-NCS iniziale utilizzando un eccesso molare maggiore di the chelante bifunzionale.

Mentre la coniugazione DFO-NCS è facile e robusto, una delle sue debolezze innegabile è che non è specifico del sito: DFO-NCS forma legami con tiourea disponibili lisine nella anticorpi indipendentemente dalla loro posizione. Di conseguenza, è possibile che i chelanti possono diventare aggiunto alla regione antigene legame dell'anticorpo, che ciò pregiudichi l'immunoreattività del coniugato 89 Zr-DFO marcato. Pertanto, un giusto equilibrio deve essere colpito per la costruzione di 89 radioimmunoconjugates Zr-etichettati: numeri più elevati di chelanti per anticorpi facilitare attività specifiche più elevate, ma più alti gradi di etichettatura aumentare anche il rischio di compromettere la immunoreattività del costrutto. Alla fine, l'obiettivo è semplice: collegare altrettanti chelanti come necessari senza compromettere immunoreattività. Dopo aver ottenuto il purificato 89 Zr-DFO-mAb radioimmunoconjugate, è fondamentale per determinare il in vivo. A tal fine, si consiglia di utilizzare i metodi in vitro pubblicati da Lindmo, et al. 53,54 Se l'immunoreattività del costrutto è inferiore 80-90%, può essere necessario per tornare alla reazione di coniugazione e aggiungere un minor numero di porzioni DFO per anticorpi. In alternativa, se l'immunoreattività della purificato 89 Zr-DFO-mAb è elevato (> 90%) e le attività specifiche più elevate sono desiderati, può essere possibile collegare più chelanti all'anticorpo senza diminuire immunoreattività.

Infine, il comportamento in vivo di un anticorpo 89 Zr-DFO-marcato è, ovviamente, fortemente dipendente sia l'identità dell'anticorpo e il modello di tumore impiegato. Nel sistema modello presentato qui, il valore massimo assorbimento nel tumore raggiunge circa il 60% ID / g; tuttavia, riporta in letteratura per la massima diffusione del tumore valori variano da un minimo di 15-20% ID / g ad un massimo di 80-90% ID / g 33,44,55-57 Analogamente, la quantità di assorbimento nei tessuti non bersaglio -. in particolare il fegato e la milza - può variare ampiamente a seconda del sistema anticorpo / antigene in fase di studio. L'attività specifica dell'anticorpo Zr-DFO marcato 89 è una considerazione importante per gli esperimenti in vivo. Valori Letteratura per le attività specifiche di 89 Zr-DFO-anticorpi monoclonali in genere varia 1-6 mCi / mg (37-222 mBq / mg). 8,10 Generalmente, le attività specifiche più elevate sono preferibili, in quanto riducono la probabilità del involontario saturazione dell'antigene (cioè, autobloccante). Questo diventa particolarmente vero in sistemi con livelli più bassi di espressione dell'antigene. Indipendentemente dal sistema anticorpo / antigene, nessuna indagine in vivo di un agente di imaging 89 Zr-DFO-marcato è completa senza una dimostrazione di selettività. Ciò può essere ottenuto tramite il blocco esperimenti utilizzandograndi quantità di biomolecola non marcato o l'uso di una linea cellulare che non esprime l'antigene in questione. Nella procedura qui descritta, il primo è stato impiegato, ma la selettività di 89 Zr-DFO-J591 è stato anche dimostrato con PC3 prostata xenotrapianti tumorali PSMA-negativi. 23

È importante notare che, nonostante i suoi vantaggi evidenti, questa metodologia sintetico a base DFO-NCS non è perfetta. Come abbiamo discusso, DFO non è un chelante ideale per 89 Zr 4+, e la natura non-specifico sito della reazione di coniugazione può risultare ingombrante. Per aggirare questi problemi, gli sforzi per sviluppare eccitanti nuovi chelanti per 89 Zr 4+ e metodologie radiomarcatura site-specific sono in corso, ma queste nuove tecnologie devono ancora essere ottimizzati e convalidati sia in laboratorio e clinica. 24,26,27, 29,44 In definitiva, la metodologia DFO-NCS per la costruzione di89 anticorpi Zr-DFO-etichettati ha dimostrato di essere uno strumento estremamente potente per la sintesi di radioimmunoconjugates e ha il potenziale per essere utilizzato per creare una vasta gamma di radiofarmaci clinicamente utili.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgments

Gli autori ringraziano il Prof. Thomas Reiner, il Dr. Jacob Houghton, e il Dr. Serge Lyaschenko per utili conversazioni.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
p-SCN-Bn-DFO Macrocyclics B-705 Store at -80 °C
[89Zr]Zr-oxalate Various, including Perkin-Elmer Caution: Radioactive material
PD-10 Desalting Columns GE Healthcare 17-0851-01  Store at room temperature
Amicon Ultra-4 Centrifugal Filter Units EMD Millipore UFC805024 Store at room temperature
Silica Gel Impregnated RadioTLC Paper Agilent Technologies SGI0001 Cut into strips 0.5 cm wide

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Chimica Positron Emission Tomography Anticorpo bioconjugation immunoconiugati desferrioxamina,
Il bioconjugation e radiosintesi di<sup&gt; 89</sup&gt; Anticorpi Zr-DFO-etichettati
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Zeglis, B. M., Lewis, J. S. The Bioconjugation and Radiosynthesis of 89Zr-DFO-labeled Antibodies. J. Vis. Exp. (96), e52521, doi:10.3791/52521 (2015).

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