Pretargeted Radioimmunotherapy ters elektron talep Diels-Alder reaksiyonu üzerinde dayalı
Summary
Sentez ve karakterizasyonu bir trans– cyclooctene (TCO) bu protokolünü açıklar-modifiye antikor ve 177Lu etiketli tetrazine (Tz) radioligand pretargeted radioimmunotherapy (PRIT) için. Buna ek olarak, bu iki yapıları kullanımı vivo içinde biodistribution ve boyuna terapi çalışmaları kolorektal kanser, bir fare modeli için ayrıntıları.
Abstract
Radioimmunotherapy (RIT) kanser tedavisi için umut verici bir yaklaşım olmakla birlikte, uzun farmakokinetik half-life radiolabeled antikorların yüksek radyasyon dozlarda sağlıklı dokulara yol açabilir. Belki de doğal olarak, birkaç farklı stratejileri rahatsız bu sınırlamayı aşmak için geliştirilmiştir. Bu yaklaşımlar en umut verici pretargeted radioimmunotherapy (PRIT) biridir. PRIT radyonüklid üzerinden immünglobulin ayırımı, onları ayrı ayrı enjekte ve sonra onları izin üzerinde vivo içinde hedef doku, birleştirmek için esas olan. Bu yaklaşım süre onların farmakokinetik sakıncaları Süpürgelik, böylece radyasyon doz olmayan hedef dokulara düşürücü ve çoğu yarı ömrü olan radyonükleidler kullanımını kolaylaştırması antikorlar tümör hedefleme olağanüstü özelliklerini koşum geleneksel radioimmunoconjugates için çok kısa kullanımda kabul. Son beş yıl içinde bizim laboratuvar ve diğerleri ters elektron isteğe Diels-Alder (IEDDA) tepki trans– cyclooctene (TCO) ve tetrazine (Tz) arasındaki temel vivo içinde pretargeting bir yaklaşım geliştirdik. Bu strateji pretargeted pozitron emisyon tomografisi (PET) başarıyla uygulandı ve tek foton emisyon bilgisayarlı tomografi (SPECT) çeşitli antikor-antijen sistemlerini görüntüleme. Son yayınlar bir çift içinde IEDDA tabanlı PRIT pankreas duktal adenokarsinom ve kolorektal karsinom fare modellerinde etkinliğini göstermiştir. Bu protokol için 177tetrazine Lu DOTA etiketli radioligand kullanarak PRIT için protokolleri açıklamak ([177Lu] Lu-DOTA-PEG7– Tz) ve huA33 antikor (huA33-TCO) hedefleme kolorektal kanser TCO-modified çesidi. Daha ayrıntılı olarak, biz huA33-toplam sahip olma maliyeti, sentez ve [177Lu] radiolabeling Lu-DOTA-PEG7inşaatı anlatacağız – Tz ve in vivo biodistribution ve fare modelleri çalışmalarda uzunlamasına terapi performansını Kolorektal karsinom.
Introduction
Terapötik radyonükleidler teslim edilmek üzere tümör antikor kullanımı Radioimmunotherapy (RIT) — — uzun tedavi kanser1,2için cazip bir yaklaşım olmuştur. Nitekim, bu söz Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve İlaç İdaresi’nin onayı ile Non-Hodgkin Lenfoma tedavisi için iki radioimmunoconjugates tarafından vurguladı: 90Y-ibritumomab tiuxetan ve 131-tositumomab3 , 4. henüz bile onun ilk günlerinden itibaren RIT klinik umutları tarafından kritik bir komplikasyon engel olmuştur: yüksek radyasyon doz hızları sağlıklı dokulara5,6. Genel olarak, radioimmunoconjugates RIT için uzun ömürlü radyonükleidler ile etiketlenir (Örneğin, 131ben [t½ 8.0 gün =] ve 90Y [t½ 2,7 gün =]) ile iyi kurtağzı fiziksel yarı ömrü olan uzun farmakokinetik yarı hayat immünglobulin. Bir kez antikor dolaşım birkaç gün sonra onun en iyi biodistribution ulaştı bu yeterli radyoaktivite kalır sağlar gibi bu önemlidir. Ancak, bu kombinasyon uzun ikamet kez kan ve uzun fiziksel yarı-hayat kaçınılmaz olarak sağlıklı dokulara, böylece tedavi oranları azaltılması ve terapi7etkinliğini sınırlayıcı ışınlama içinde sonuç. Fab, Fab gibi kesilmiş antikor parçaları dahil olmak üzere bu sorunu aşmak için çeşitli stratejiler incelemiş bulunuyoruz ‘, F(ab’)2, minibodies ve nanobodies8,9,10. Biri en umut verici ve büyüleyici henüz inkar edilemez karmaşık, alternatif yaklaşımlar içinde vivo 11pretargeting var.
Vivo pretargeting nükleer görüntüleme ve zarif benzeşme ve seçicilik antikorların onların farmakokinetik sakıncaları11,12,13süpürgelik koşum istiyor tedavi yaklaşımıdır. Bu amaçla, geleneksel radioimmunotherapy kullanılan radiolabeled antikor iki bileşeni deconstructed: küçük molekül radioligand ve hem bir tümör antijen ve söz konusu radioligand bağlayabilirsiniz bir immunoconjugate. İmmunoconjugate ilk enjekte ve bir ‘Başlangıç’, hangi boyunca hedef dokuda birikir ve kan temizler genellikle birkaç gün, verilen. Daha sonra küçük molekül radioligand yönetilen ve ya tümör, immunoconjugate ile birleştirir veya hızla vücuttan temizler. Özünde, vivo içinde pretargeting radiochemistry içinde vücut kendini gerçekleştirme üzerine dayanır. Radyoaktivite dolaşımını azaltarak, bu yaklaşım aynı anda radyasyon doz sağlıklı dokulara azaltır ve radyonükleidler kullanımını kolaylaştırmaktadır (Örneğin, 68Ga, t½ 68 dk.211=; Olarak, t½ 7.2 h =) genellikle antikor tabanlı vektörleri ile uyumsuz olarak kabul edilen yarı ömrü olan.
1980’lerin sonlarında başlayan, a avuç-in vivo pretargeting için farklı yaklaşımlar geliştirilmiştir, bispecific antikorlar, biotin, arasındaki streptavidin etkileşimi temel stratejileri de dahil olmak üzere ve tamamlayıcı hibridizasyon oligonucleotides14,15,16,17,18. Henüz her geri farklı derecelerde komplikasyonlar, en meşhuru güçlü immünojenisite antikorlar streptavidin değiştirilme tarihi19,20gerçekleştirildi. Son beş yılda, bizim grup ve diğerleri vivo içinde trans– cyclooctene (TCO) ve tetrazine (Tz) arasında hızlı ve bioorthogonal ters elektron talep Diels-Alder ligasyonu dayalı pretargeting bir yaklaşım geliştirdik 21,22,23,24. Toplam sahip olma maliyeti genellikle daha istikrarlı vivo içinde onun Tz ortağı (Şekil 1)25,26daha olduğu gibi bu stratejileri en başarılı bir toplam sahip olma maliyeti-modified antikor ve Tz taşıyan radioligand, istihdam. Pretargeting diğer yöntemlerden olduğu gibi mAb-TCO immunoconjugate ilk idare ve dolaşımdan temizleyin ve tümör dokusunda biriktikçe zaman göz önüne alındığında. Daha sonra küçük molekül Tz radioligand, hangi sonra hedef doku içinde immunoconjugate ile tıklama ya da hızla vücuttan temizler enjekte edilir. Bu strateji pretargeting vivo içinde evde beslenen hayvan ve SPECT ile birkaç farklı antikor/antijen görüntüleme, sürekli olarak yüksek kontrastlı görüntüler üreten ve kısa ömürlü radyonükleidler kullanımı gibi etkinleştirme için son derece etkili kanıtlamıştır 18 F (t½ 109 dk =) ve 64Cu (t1/2 = 12,7 h)21,22,24. Daha yakın zamanlarda, pretargeted radioimmunotherapy (PRIT) tıklayın tabanlı etkinliğini pankreas duktal adenokarsinom (PDAC) ve kolorektal karsinom27,28fare modellerinde göstermiştir. Bu amaçla, terapötik radyonüklid 177Lu (βmax 498 = keV, t1/2 = 6,7 gün) iki farklı antikorlar ile birlikte istihdam edildi: ubiquitously PDAC içinde ifade karbonhidrat antigen 19,9 (CA19.9) hedefleyen 5B1 , ve A33 hedefler, huA33 bir transmembran glikoprotein ifade > kolorektal kanserlerin % 95’i. Her iki durumda da, 177Lu-PRIT bu yaklaşım tümör dokusu yüksek aktivite konsantrasyonlarda vermiştir, bir doz bağımlı tedavi etkisi yaratılmıştır ve aynı anda faaliyet konsantrasyonlarda sağlıklı dokularda için geleneksel göre azaltılmış etiketli-doğrudan radioimmunoconjugates.
Bu makalede, 177tetrazine Lu DOTA etiketli radioligand kullanarak PRIT için protokolleri açıklamak ([177Lu] Lu-DOTA-PEG7– Tz) ve huA33 antikor (huA33-TCO) toplam sahip olma maliyeti değiştiren bir türevi. Daha ayrıntılı olarak, biz huA33-TCO (resim 2), sentez ve [177Lu] radiolabeling Lu-DOTA-PEG7inşaatı tarif – Tz (Şekil 3 ve Şekil 4) ve içinde vivo performansını biodistribution ve kolorektal karsinom fare modelleri çalışmalarda uzunlamasına terapisi. Ayrıca, temsilcisi sonuçları ve tartışma, biz örnek veri kümesi, bu yaklaşımın optimizasyonu için adres olası stratejileri sunmak ve bu strateji vivo içinde pretargeting ve PRIT daha geniş bağlamda düşünün. Son olarak, biz huA33-toplam sahip olma maliyeti ve [177Lu] kullanarak pretargeting üzerinde odaklanmak seçtim iken Lu-DOTA-PEG7Tz – bu iletişim kuralı, bu strateji oldukça modüler ve antikor çeşitli uyacak şekilde adapte edilebilir olduğunu unutmamak önemlidir ve radyonükleidler.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bir vivo pretargeting bu yaklaşım güçlü — özellikle stratejileri ile ilgili olarak esas bispecific antikorlar ve radiolabeled anhidridler — onun modülerlik olduğunu: trans– cyclooctene moieties eklenen herhangi bir antikor, ve tetrazine radioligands radyonükleidler olağanüstü bir çeşitlilik ile tıklama eşleri ile tepki yeteneğini bozulması olmadan radiolabeled. Henüz bu yaklaşım diğer antikor/antijen sisteme adaptasyon burada açıklanan protokol çoğaltma olarak kadar basit d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Dr. Jacob Houghton yararlı konuşmaları için teşekkür ederiz. Yazarlar ayrıca NIH (R00CA178205 ve U01CA221046) cömert kendi finansman için teşekkür etmek istiyorum.
Materials
| (E)-Cyclooct-4-enyl 2,5-dioxo-1-pyrrolidinyl carbonate (TCO-NHS) | Sigma-Aldrich | 764523 | Store at -80 °C |
| 2,5-Dioxo-1-pyrrolidinyl 5-[4-(1,2,4,5-tetrazin-3-yl)benzylamino]-5-oxopentanoate (Tz-NHS) | Sigma-Aldrich | 764701 | Store at -80 °C |
| Acetonitrile (MeCN) | Fisher Scientific | A998-4 | |
| Ammonium Acetate (NH4OAc) | Fisher Scientific | A639-500 | |
| Boc-PEG7-amine (O-(2-Aminoethyl)-O′-[2-(Boc-amino)ethyl]hexaethylene glycol) | Sigma-Aldrich | 70023 | Store at -20 °C |
| Dichloromethane (DCM) | Fisher Scientific | D143-1 | |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO), anhydrous | Fisher Scientific | D12345 | |
| EMD Millipore Amicon Ultra-2 Centrifugal Filter Unit | Fisher Scientific | UFC205024 | |
| GE Healthcare Disposable PD-10 Desalting Columns | Fisher Scientific | 45-000-148 | |
| N,N-Dimethylformamide (DMF), anhydrous | Fisher Scientific | AC610941000 | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Fisher Scientific | 70-011-044 | 10x Concentrated |
| p-SCN-Bn-DOTA | Macrocyclics | B-205 | Store at -20 °C |
| Triethylamine (TEA) | Fisher Scientific | AC157911000 | |
| Trifluoroacetic Acid (TFA) | Fisher Scientific | A116-50 | |
| Tumor measuring device | Peira TM900 | Peira TM900 |
References
- Goldenberg, D. M. Targeted Therapy of Cancer with Radiolabeled Antibodies. Journal of Nuclear Medicine. 43 (5), 693-713 (2002).
- Goldenberg, D. M., et al. Radioimmunotherapy of B-cell Lymphomas with Iodine-131-labeled LL2 Monoclonal Antibody. Journal of Clinical Oncology. 9 (4), 548-564 (1991).
- Kaminski, M. S., et al. Radioimmunotherapy with 131I-Tositumomab for Relapsed or Refractory B-cell non-Hodgkin Lymphoma: Updated Results and Long-Term Follow-Up of the University of Michigan Experience. Blood. 96 (4), 1259-1266 (2000).
- Davies, A. J. Radioimmunotherapy for B-cell Lymphoma: Y90 Ibritumomab Tiuxetan and I131 Tositumomab. Oncogene. 26, 3614 (2007).
- Rajendran, J., et al. Comparison of Radiation Dose Estimation for Myeloablative Radioimmunotherapy for Relapsed or Recurrent Mantle Cell Lymphoma Using 131I Tositumomab to That of Other Types of Non-Hodgkin’s Lymphoma. Cancer Biotherapy and Radiopharmaceuticals. 19 (6), 738-745 (2004).
- Rajendran, J. G., et al. High-Dose 131I-Tositumomab (Anti-CD20) Radioimmunotherapy for Non-Hodgkin’s Lymphoma: Adjusting Radiation Absorbed Dose to Actual Organ Volumes. Journal of Nuclear Medicine. 45 (6), 1059-1064 (2004).
- Larson, S. M., Carrasquillo, J. A., Cheung, N. -. K. V., Press, O. Radioimmunotherapy of Human tumours. Nature Reviews Cancer. 15 (6), 347-360 (2015).
- Kelly, M. P., et al. Tumor Targeting by a Multivalent Single-Chain Fv (scFv) Anti-Lewis Y Antibody Construct. Cancer Biotherapy & Radiopharmaceuticals. 23 (4), 411-423 (2008).
- Yazaki, P. J., et al. Tumor Targeting of Radiometal Labeled Anti-CEA Recombinant T84.66 Diabody and T84.66 Minibody: Comparison to Radioiodinated Fragments. Bioconjugate Chemistry. 12 (2), 220-228 (2001).
- van Duijnhoven, S. M. J., et al. Diabody Pretargeting with Click Chemistry In Vivo. Journal of Nuclear Medicine. 56 (9), 1422-1428 (2015).
- Altai, M., Membreno, R., Cook, B., Tolmachev, V., Zeglis, B. M. Pretargeted Imaging and Therapy. Journal of Nuclear Medicine. 58 (10), 1553-1559 (2017).
- Goldenberg, D. M., Chatal, J. -. F., Barbet, J., Boerman, O., Sharkey, R. M. Cancer Imaging and Therapy with Bispecific Antibody Pretargeting. Update on cancer therapeutics. 2 (1), 19-31 (2007).
- Rossin, R., et al. In-Vivo Chemistry for Pretargeted Tumor Imaging in Live Mice. Angewandte Chemie International Edition. 49 (19), 3375-3378 (2010).
- Gestin, J. F., et al. Two-Step Targeting of Xenografted Colon Carcinoma Using a Bispecific Antibody and 188Re-Labeled Bivalent Hapten: Biodistribution and Dosimetry Studies. Journal of Nuclear Medicine. 42 (1), 146-153 (2001).
- Green, D. J., et al. Comparative Analysis of Bispecific Antibody and Streptavidin-Targeted Radioimmunotherapy for B-cell Cancers. Cancer Research. 76 (22), 6669 (2016).
- Sharkey, R. M., et al. Development of a Streptavidin−Anti-Carcinoembryonic Antigen Antibody, Radiolabeled Biotin Pretargeting Method for Radioimmunotherapy of Colorectal Cancer. Studies in a Human Colon Cancer Xenograft Model. Bioconjugate Chemistry. 8 (4), 595-604 (1997).
- Knox, S. J., et al. Phase II Trial of Yttrium-90-DOTA-Biotin Pretargeted by NR-LU-10 Antibody/Streptavidin in Patients with Metastatic Colon Cancer. Clinical Cancer Research. 6 (2), 406 (2000).
- Schubert, M., et al. Novel Tumor Pretargeting System Based on Complementary L-Configured Oligonucleotides. Bioconjugate Chemistry. 28 (4), 1176-1188 (2017).
- Forero, A., et al. Phase 1 Trial of a Novel Anti-CD20 Fusion Protein in Pretargeted Radioimmunotherapy for B-cell Non-Hodgkin Lymphoma. Blood. 104 (1), 227 (2004).
- Kalofonos, H. P., et al. Imaging of Tumor in Patients with Indium-111-Labeled Biotin and Streptavidin-Conjugated Antibodies: Preliminary Communication. Journal of Nuclear Medicine. 31 (11), 1791-1796 (1990).
- Zeglis, B. M., et al. A Pretargeted PET Imaging Strategy Based on Bioorthogonal Diels-Alder Click Chemistry. Journal of Nuclear Medicine. 54 (8), 1389-1396 (2013).
- Meyer, J. -. P., et al. 18F-Based Pretargeted PET Imaging Based on Bioorthogonal Diels-Alder Click Chemistry. Bioconjugate Chemistry. 27 (2), 298-301 (2016).
- Rossin, R., Läppchen, T., vanden Bosch, S. M., Laforest, R., Robillard, M. S. Diels-Alder Reaction for Tumor Pretargeting: In Vivo Chemistry Can Boost Tumor Radiation Dose Compared with Directly Labeled Antibody. Journal of Nuclear Medicine. 54 (11), 1989-1995 (2013).
- Zeglis, B. M., et al. Optimization of a Pretargeted Strategy for the PET Imaging of Colorectal Carcinoma via the Modulation of Radioligand Pharmacokinetics. Molecular Pharmaceutics. 12 (10), 3575-3587 (2015).
- Agard, N. J., Prescher, J. A., Bertozzi, C. R. A Strain-Promoted [3 + 2] Azide−Alkyne Cycloaddition for Covalent Modification of Biomolecules in Living Systems. Journal of the American Chemical Society. 126 (46), 15046-15047 (2004).
- Blackman, M. L., Royzen, M., Fox, J. M. Tetrazine Ligation: Fast Bioconjugation Based on Inverse-Electron-Demand Diels−Alder Reactivity. Journal of the American Chemical Society. 130 (41), 13518-13519 (2008).
- Houghton, J. L., et al. Establishment of the In Vivo Efficacy of Pretargeted Radioimmunotherapy Utilizing Inverse Electron Demand Diels-Alder Click Chemistry. Molecular Cancer Therapeutics. 16 (1), 124-133 (2017).
- Membreno, R., Cook, B. E., Fung, K., Lewis, J. S., Zeglis, B. M. Click-Mediated Pretargeted Radioimmunotherapy of Colorectal Carcinoma. Molecular Pharmaceutics. 15 (4), 1729-1734 (2018).
- Reiner, T., Lewis, J. S., Zeglis, B. M. Harnessing the Bioorthogonal Inverse Electron Demand Diels-Alder Cycloaddition for Pretargeted PET Imaging. Journal of Visualized Experiments. (96), e52335 (2015).
- Cook, B. E., Membreno, R., Zeglis, B. M. Dendrimer Scaffold for the Amplification of In Vivo Pretargeting Ligations. Bioconjugate Chemistry. 29 (8), 2734-2740 (2018).
- Cheal, S. M., et al. Theranostic Pretargeted Radioimmunotherapy of Colorectal Cancer Xenografts in Mice Using Picomolar Affinity Y-86- or Lu-177-DOTA-Bn Binding scFv C825/GPA33 IgG Bispecific Immunoconjugates. European journal of nuclear medicine and molecular imaging. 43 (5), 925-937 (2016).
- Meyer, J. -. P., et al. Bioorthogonal Masking of Circulating Antibody-TCO Groups Using Tetrazine-Functionalized Dextran Polymers. Bioconjugate Chemistry. 29 (2), 538-545 (2018).
- Houghton, J. L., et al. Pretargeted Immuno-PET of Pancreatic Cancer: Overcoming Circulating Antigen and Internalized Antibody to Reduce Radiation Doses. Journal of Nuclear Medicine. 57 (3), 453-459 (2016).
- Keinänen, O., et al. Pretargeting of Internalizing Trastuzumab and Cetuximab with a (18)F-Tetrazine Tracer in Xenograft Models. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging Research. 7, 95 (2017).
- Billaud, E. M. F., et al. Micro-flow Photosynthesis of New Dienophiles for Inverse-Electron-Demand Diels-Alder Reactions. Potential Applications for Pretargeted In Vivo PET Imaging. Chemical Science. 8 (2), 1251-1258 (2017).
