ליד פוטוימונותרפיה אינפרא אדום עבור מודלים עכבר של הפצת Pleural
Summary
פוטוימונותרפיה כמעט אינפרא אדום (NIR-PIT) היא אסטרטגיה טיפולית מתפתחת לסרטן המשתמשת בנוגדן-פוטואבסורבר (IR700Dye) מצומד ואור NIR כדי להרוס תאים סרטניים. כאן, אנו מציגים שיטה להערכת ההשפעה האנטי-אטומית של NIR-PIT במודל עכבר של סרטן ריאות מופץ pleural ומזותליומה פלורלית ממאירה באמצעות הדמיית ביולומינציה.
Abstract
את היעילות של פוטוימונותרפיה ניתן להעריך בצורה מדויקת יותר עם מודל עכבר אורתופופי מאשר עם אחד תת עורי. מודל הפצת pleural יכול לשמש להערכת שיטות טיפול למחלות תוך-ריאה כגון סרטן ריאות או מזותליומה פלורלית ממאירה.
פוטוימונותרפיה כמעט אינפרא אדום (NIR-PIT) היא אסטרטגיה לטיפול בסרטן שפותחה לאחרונה המשלבת את הספציפיות של נוגדנים ממוקדי גידולים עם רעילות הנגרמת על ידי פוטואבסורבר (IR700Dye) לאחר חשיפה לאור NIR. היעילות של NIR-PIT דווחה באמצעות נוגדנים שונים; עם זאת, רק כמה דיווחים הראו את ההשפעה הטיפולית של אסטרטגיה זו במודל אורטופי. במחקר הנוכחי, אנו מדגימים דוגמה להערכת יעילות של מודל סרטן הריאות המופצה pleural, אשר טופל באמצעות NIR-PIT.
Introduction
סרטן נותר אחד הגורמים המובילים לתמותה למרות עשרות שנים של מחקר. סיבה אחת היא כי הקרנות וכימותרפיה הן טכניקות פולשניות מאוד, אשר עשוי להגביל את היתרונות הטיפוליים שלהם. טיפולים תאיים או מולקולריים ממוקדים, שהם טכניקות פחות פולשניות, מקבלים תשומת לב מוגברת. פוטוימונותרפיה היא שיטת טיפול המשפרת באופן סינרגטי את האפקט הטיפולי על ידי שילוב אימונותרפיה ופוטותרפיה. אימונותרפיה מגבירה את חסינות הגידול על ידי הגדלת האימונוגניות של מיקרו-סביבה של הגידול והפחתת דיכוי חיסוני, וכתוצאה מכך הרס של גידולים בגוף. פוטותרפיה הורסת גידולים ראשוניים עם שילוב של רגישים לאור וקרני אור, ואנטיגנים ספציפיים לגידול המשתחררים מתאי הגידול משפרים את חסינות הגידול. גידולים יכולים להיות מטופלים באופן סלקטיבי באמצעות רגישים לפוטו-סנסיטר מכיוון שהם ספציפיים וסלקטיביים עבור תאי היעד. המודאליות של פוטותרפיה כוללת טיפול פוטודינמי (PDT), טיפול פוטותרמי (PTT) וטיפולים מבוססי פוטוכימיה1.
פוטוימונותרפיה כמעט אינפרא אדום (NIR-PIT) היא שיטה שפותחה לאחרונה של פוטותרפיה אנטי-אטומית המשלבת טיפול פוטוכימי ואימונותרפיה1,2. NIR-PIT הוא טיפול ממוקד מולקולרית המכוון למולקולות ספציפיות של פני תא באמצעות הטיות של צבע סיליקון פתלוצינין כמעט אינפרא אדום, IRdye 700DX (IR700), לנוגדן חד שבטי (mAb). קרום התא של תא היעד נהרס על הקרנה עם אור NIR (690 ננומטר)3.
הרעיון של שימוש בטיפול ממוקד באור על ידי שילוב רגישים קונבנציונליים ונוגדנים או PDT ממוקד הוא מעל שלושה עשורים בן4,5. מחקרים קודמים ניסו למקד סוכני PDT קונבנציונליים על ידי הטיות שלהם נוגדנים. עם זאת, הייתה הצלחה מוגבלת כי מצומדים אלה היו לכודים בכבד, בשל ההידרופוביה של רגישים לאור6,7. יתר על כן, המנגנון של NIR-PIT שונה לחלוטין מזה של PDT קונבנציונאלי. רגישים קונבנציונליים מייצרים עקה חמצונית הנובעת מהמרת אנרגיה הסופגת אנרגיית אור, נקעת למצב נרגש, עוברת למצב הקרקע וגורמת לאפופטוזיס. עם זאת, NIR-PIT גורם נמק מהיר על ידי הרס ישיר של קרום התא על ידי צבירת רגישים על הממברנה באמצעות תגובה פוטוכימית8. NIR-PIT עדיפה על PDT ממוקד קונבנציונלי במובנים רבים. רגישים קונבנציונליים יש מקדמי הכחדה נמוכה, הדורשים התקשרות של מספר גדול של רגישים לאור למולקולת נוגדן אחת, פוטנציאל הפחתת זיקה מחייבת. רוב רגישי האור הקונבנציונליים הם הידרופוביים, מה שמקשה על איגוד הרגישות לאור לנוגדנים מבלי להתפשר על חוסר החיסון שלהם או על הצטברות היעד של vivo. רגישים קונבנציונליים בדרך כלל לספוג אור בטווח הנראה, הפחתת חדירת רקמות.
מספר מחקרים על NIR-PIT מיקוד גידולים תוך-אתורקיים כגון סרטן ריאות ותאי מזותליומה pleural ממאיר (MPM) דווחו9,10,11,12,13,14,15,16,17. עם זאת, רק כמה דיווחים תיארו את היעילות של NIR-PIT במודלים MPM מופצים pleural או סרטן ריאות9,10,11,12. מודלים תת עוריים של קסנוגרפט גידול נחשבים למודלים סטנדרטיים של גידולים, והם נמצאים כיום בשימוש נרחב להערכת ההשפעות האנטי-אטומיות של הטיפולים החדשים18. עם זאת, microenvironment הגידול תת עורי אינו מתירני להתפתחות של מבנה רקמות מתאים או מצב כי כראוי recapitulates פנוטיפ ממאיר אמיתי19,20,21,22. באופן אידיאלי, מודלים למחלות אורתוטופיות יש להקים להערכה מדויקת יותר של ההשפעות antitumor.
כאן, אנו מדגימים שיטה של הערכת יעילות במודל עכבר של סרטן ריאות מופץ pleural, אשר טופל באמצעות NIR-PIT. מודל עכבר הפצת pleural נוצר על ידי הזרקת תאים סרטניים לתוך חלל בית החזה ואושר באמצעות לוציפראז אור. העכבר טופל בזריקה תוך ורידי של mAb מצומדת עם IR700 והקרנת ניר לחזה. האפקט הטיפולי הוערך באמצעות לוציפראז אור.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה הדגמנו שיטה למדידת ההשפעה הטיפולית של NIR-PIT על מודל הפצת הפלורל של MPM. הרג תאים סלקטיבי מאוד בוצע עם NIR-PIT; לכן, הרקמה הרגילה כמעט ולא ניזוקה23,24,25. עם סוג זה של הרג תאים סלקטיביים, NIR-PIT הוכח להיות בטוח בדגמים מופצים<sup c…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ללא
Materials
| 0.25w/v% Trypsin-1mmol/l EDTA 4Na Solution with Phenol Red | Wako | 209-016941 | for cell culture |
| 1mL syringe | TERUMO | SS-01T | for mice experiment |
| 30G needle | Nipro | 1907613 | for mice experiment |
| BALB/cSlc-nu/nu | Japan SLC | ||
| Collidal Blue Staining Kit | Invitrogen | LC6025 | use for gel protein staining |
| Coomassie (bradford) Plus protein assay | Thermo Fisher Scientific Inc (Waltham, MA, USA) | PI-23200 | for measuring the APC concentration |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Wako | 043-07216 | use for conjugation of IR700 |
| D-Luciferin (potassium salt) | Cayman Chemical | 14681 | for bioluminescence imaging and DLIT |
| GraphPad Prism7 | GraphPad software | for statistical analysis | |
| Image Studio | Li-Cor Biosciences | for analyzing 700 nm fluorescent image | |
| IRDye 700DX Ester Infrared Dye | LI-COR Bioscience (Lincoln, NE, USA) | 929-70011 | |
| isoflurane | Wako | 095-06573 | for mice anesthesia |
| IVIS Spectrum CT | PerkinElmer | for capturing bioluminescent image and DLIT | |
| Living Image | PerkinElmer | for analyzing bioluminescent image and DLIT | |
| Na2HPO4 | SIGMA-ALDRICH (St. Louis, MO, USA) | S9763 | use for conjugation of IR700 |
| NIR Laser | Changchun New Industries Optoelectronics Technology | MRL-III-690R | for NIR irradiation |
| Novex WedgeWell 4 to 20%, Tris-Glycine, 1.0 mm, Mini Protein Gel, 12 well | Invitrogen | XP04202BOX | use for SDS-PAGE |
| NuPAGE LDS Sample Buffer (x4) | Invitrogen | NP0007 | use for SDS-PAGE |
| Optical power meter | Thorlabs (Newton, NJ, USA) | PM100 | for measuring the output of the NIR laser |
| PBS(-) | Wako | 166-23555 | |
| Pearl Trilogy imaging system | Li-Cor Biosciences | for capturing 700 nm fluorecent image | |
| Penicilin-Streptomycin Solution (x100) | Wako | 168-23191 | for cell culture |
| Puromycin Dihydrochloride | ThermoFisher | A1113803 | for luciferase transfection |
| RediFect Red-Fluc-Puromycin Lentiviral Prticles | PerkinElmer | CLS960002 | for luciferase transfection |
| RPMI-1640 with L-glutamine and Phenol Red | Wako | 189-02025 | for cell culture |
| Sephadex G25 column (PD-10) | GE Healthcare (Piscataway, NJ, USA) | 17-0851-01 | use for conjugation of IR700 |
| UV-1900i | Shimadzu | for measuring the APC concentration |
References
- Xu, X., Lu, H., Lee, R. Near Infrared Light Triggered Photo/Immuno-Therapy Toward Cancers. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 8, (2020).
- Mitsunaga, M., et al. Cancer cell-selective in vivo near infrared photoimmunotherapy targeting specific membrane molecules. Nature Medicine. 17, 1685-1691 (2011).
- Kobayashi, H., Choyke, P. L. Near-Infrared Photoimmunotherapy of Cancer. Accounts of Chemical Research. 52, 2332-2339 (2019).
- Oseroff, A. R., Ohuoha, D., Hasan, T., Bommer, J. C., Yarmush, M. L. Antibody-targeted photolysis: Selective photodestruction of human T-cell leukemia cells using monoclonal antibody-chlorin e6 conjugates. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 83, 8744-8748 (1986).
- Mew, D., Wat, C. K., Towers, G. H., Levy, J. G. Photoimmunotherapy: treatment of animal tumors with tumor-specific monoclonal antibody-hematoporphyrin conjugates. Journal of Immunology. 130, 1473-1477 (1983).
- Vrouenraets, M. B., et al. Development of meta-tetrahydroxyphenylchlorin-monoclonal antibody conjugates for photoimmunotherapy. Recherche en cancérologie. 59, 1505-1513 (1999).
- Goff, B. A., et al. Photoimmunotherapy and biodistribution with an OC125-chlorin immunoconjugate in an in vivo murine ovarian cancer model. British Journal of Cancer. 70, 474-480 (1994).
- Sato, K., et al. Photoinduced Ligand Release from a Silicon Phthalocyanine Dye Conjugated with Monoclonal Antibodies: A Mechanism of Cancer Cell Cytotoxicity after Near-Infrared Photoimmunotherapy. ACS Central Science. 4, 1559-1569 (2018).
- Sato, K., Nagaya, T., Choyke, P. L., Kobayashi, H. Near infrared photoimmunotherapy in the treatment of pleural disseminated NSCLC: Preclinical experience. Theranostics. 5, 698-709 (2015).
- Nishinaga, Y., et al. Targeted Phototherapy for Malignant Pleural Mesothelioma: Near-Infrared Photoimmunotherapy Targeting Podoplanin. Cells. 9, 1019 (2020).
- Sato, K., et al. Near infrared photoimmunotherapy prevents lung cancer metastases in a murine model. Oncotarget. 6, 19747-19758 (2015).
- Sato, K., Nagaya, T., Mitsunaga, M., Choyke, P. L., Kobayashi, H. Near infrared photoimmunotherapy for lung metastases. Cancer Letters. 365, 112-121 (2015).
- Isobe, Y., et al. Near infrared photoimmunotherapy targeting DLL3 for small cell lung cancer. EBioMedicine. 52, 102632 (2020).
- Nakamura, Y., et al. Near infrared photoimmunotherapy in a transgenic mouse model of spontaneous epidermal growth factor receptor (EGFR)-expressing lung cancer. Molecular Cancer Therapeutics. 16, 408-414 (2017).
- Nagaya, T., et al. Near infrared photoimmunotherapy with avelumab, an anti-programmed death-ligand 1 (PD-L1) antibody. Oncotarget. 8, 8807-8817 (2017).
- Sato, K., et al. Spatially selective depletion of tumor-associated regulatory T cells with near-infrared photoimmunotherapy. Science Translational Medicine. 8, (2016).
- Sato, K., et al. Comparative effectiveness of light emitting diodes (LEDs) and lasers in near infrared photoimmunotherapy. Oncotarget. 7, 14324-14335 (2016).
- Sato, K., Choyke, P. L., Kobayashi, H. Photoimmunotherapy of Gastric Cancer Peritoneal Carcinomatosis in a Mouse Model. PLoS One. 9, 113276 (2014).
- McLemore, T. L., et al. Comparison of intrapulmonary, percutaneous intrathoracic, and subcutaneous models for the propagation of human pulmonary and nonpulmonary cancer cell lines in athymic nude mice. Recherche en cancérologie. 48, 2880-2886 (1988).
- Manzotti, C., Audisio, R. A., Pratesi, G. Importance of orthotopic implantation for human tumors as model systems: relevance to metastasis and invasion. Clinical & Experimental Metastasis. 11, 5-14 (1993).
- Lwin, T. M., Hoffman, R. M., Bouvet, M. Advantages of patient-derived orthotopic mouse models and genetic reporters for developing fluorescence-guided surgery. Journal of Surgical Oncology. 118, 253-264 (2018).
- Sordat, B. C. M. . From Ectopic to Orthotopic Tumor Grafting Sites: Evidence for a Critical Role of the Host Tissue Microenvironment for the Actual Expression of the Malignant Phenotype. , 43-53 (2017).
- Sato, K., et al. Photoimmunotherapy: comparative effectiveness of two monoclonal antibodies targeting the epidermal growth factor receptor. Molecular Oncology. 8, 620-632 (2014).
- Nakajima, T., et al. The effects of conjugate and light dose on photo-immunotherapy induced cytotoxicity. BMC Cancer. 14, 389 (2014).
- Nagaya, T., et al. Near infrared photoimmunotherapy of B-cell lymphoma. Molecular Oncology. 10, 1404-1414 (2016).
- Sato, K., et al. Near infrared photoimmunotherapy in the treatment of disseminated peritoneal ovarian cancer. Molecular Cancer Therapeutics. 14, 141-150 (2015).
- Colin, D. J., Bejuy, O., Germain, S., Triponez, F., Serre-Beinier, V. Implantation and monitoring by pet/ct of an orthotopic model of human pleural mesothelioma in athymic mice. Journal of Visualized Experiments. 2019, (2019).
- Opitz, I., et al. Local recurrence model of malignant pleural mesothelioma for investigation of intrapleural treatment. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 31, 772-778 (2007).
- Bunn, P. A., Kelly, K. New chemotherapeutic agents prolong survival and improve quality of life in non-small cell lung cancer: a review of the literature and future directions. Clinical Cancer Research. 4, 1087-1100 (1998).
- Astoul, P., Wang, X., Hoffman, R. Patient-like nude-mouse and scid-mouse models of human lung and pleural cancer (review). International Journal of Oncology. 3, 713-718 (1993).
- Yamaguchi, H., Pantarat, N., Suzuki, T., Evdokiou, A. Near-infrared photoimmunotherapy using a small protein mimetic for HER2-overexpressing breast cancer. International Journal of Molecular Sciences. 20, (2019).
- Jing, H., et al. Imaging and selective elimination of glioblastoma stem cells with theranostic Near-Infrared-Labeled CD133-Specific antibodies. Theranostics. 6, 862-874 (2016).
- Burley, T. A., et al. Near-infrared photoimmunotherapy targeting EGFR-Shedding new light on glioblastoma treatment. International Journal of Cancer. 142, 2363-2374 (2018).
- Nagaya, T., et al. Near infrared photoimmunotherapy using a fiber optic diffuser for treating peritoneal gastric cancer dissemination. Gastric Cancer. 22, 463-472 (2019).
- Nagaya, T., et al. Endoscopic near infrared photoimmunotherapy using a fiber optic diffuser for peritoneal dissemination of gastric cancer. Cancer Science. 109, 1902-1908 (2018).
- Harada, T., et al. Near-infrared photoimmunotherapy with galactosyl serum albumin in a model of diffuse peritoneal disseminated ovarian cancer. Oncotarget. 7, 79408-79416 (2016).
- Journals, O. JNCI Journal of the National Cancer Institute Way to Better DNA. Annals of Internal Medicine. 37, 1-9 (2008).
