Pretargeted PET Görüntüleme Bioorthogonal Ters Elektron Talep Diels-Alder Katılma Harnessing

Summary

The bioorthogonal inverse electron demand Diels-Alder cycloaddition has been harnessed to create an effective and modular pretargeted PET imaging strategy for cancer. In this protocol, the steps of this methodology are described in the context of a model system employing the colorectal cancer targeted antibody huA33 and a ⁶⁴Cu-labeled radioligand.

Abstract

Due to their exquisite affinity and specificity, antibodies have become extremely promising vectors for the delivery of radioisotopes to cancer cells for PET imaging. However, the necessity of labeling antibodies with radionuclides with long physical half-lives often results in high background radiation dose rates to non-target tissues. In order to circumvent this issue, we have employed a pretargeted PET imaging strategy based on the inverse electron demand Diels-Alder cycloaddition reaction. The methodology decouples the antibody from the radioactivity and thus exploits the positive characteristics of antibodies, while eschewing their pharmacokinetic drawbacks. The system is composed of four steps: (1) the injection of a mAb-trans-cyclooctene (TCO) conjugate; (2) a localization time period during which the antibody accumulates in the tumor and clears from the blood; (3) the injection of the radiolabeled tetrazine; and (4) the in vivo click ligation of the components followed by the clearance of excess radioligand. In the example presented in the work at hand, a ⁶⁴Cu-NOTA-labeled tetrazine radioligand and a trans-cyclooctene-conjugated humanized antibody (huA33) were successfully used to delineate SW1222 colorectal cancer tumors with high tumor-to-background contrast. Further, the pretargeting methodology produces high quality images at only a fraction of the radiation dose to non-target tissue created by radioimmunoconjugates directly labeled with ⁶⁴Cu or ⁸⁹Zr. Ultimately, the modularity of this protocol is one of its greatest assets, as the trans-cyclooctene moiety can be appended to any non-internalizing antibody, and the tetrazine can be attached to a wide variety of radioisotopes.

Introduction

Son otuz yılda, pozitron emisyon tomografisi (PET) kanser tanı ve tedavisinde vazgeçilmez bir klinik bir araç haline gelmiştir. Antikorlar uzun kanser biyomarkerların onların zarif yakınlık ve özgüllük nedeniyle tümörlere pozitron yayan radyoizotop teslimi için umut verici vektörleri olarak kabul edilmiştir. Antikorların ^1,2 Ancak, nispeten yavaş in vivo farmakokinetiği çoklu-gün radyoizotop kullanılmasını zorunlu kılmaktadır fiziksel yarı-ömürleri. Kısmi vücut BT aksine – – Bu kombinasyon hastalarda hedef olmayan organlar, radioimmunoconjugates intravenöz ve bu nedenle enjekte edilir çünkü özel klinik önemi olan önemli bir komplikasyon yüksek radyasyon dozları verebilir sonucu emilen dozlarda vücudun her yerinde, sorguya dokuların bakılmaksızın.

Bu sorunu aşmak için, önemli çaba develo ithaf edilmiştirAynı anda kendi içsel farmakokinetik sınırlamaları süpürgelik ederken böylece antikorların avantajlı özelliklerini yararlanarak, radyoizotop ve hedefleme parçasını ayrıştırarak PET görüntüleme stratejilerinin pment. Bu stratejiler, – genellikle pretargeting ya da birkaç aşamalı hedefleme olarak adlandırılan – tipik haliyle dört adımı kullanır: (1) bir antijen ve bir radyo-iki bağlayabilen bir antikorun uygulanması; (2) hedef doku ve kan onun izni antikorun birikimi; (3) bir küçük moleküllü radyoligandın yönetimi; ve (4), fazla radyoligandın hızlı bir temizlenme ile. Bazı durumlarda, ^3-8 ve ardından antikorun Radyoligandın in vivo bağlanması, ek bir temizleme maddesi, herhangi bir antikorun atılımını hızlandırmak amacıyla, aşama 2 ve 3 arasında enjekte Bu tümör bağlamak için henüz ve kanda kalır. ⁵

Genel olarak, tw konuşmapretargeting stratejilerin o tipleri edebiyatının en yaygındır. Her iki klinik öncesi modellerde başarılı olmuş olsa da, onlar da kendi klinik uygulanabilirliği engellemiştir anahtar sınırlamaları sahip. İlk strateji, streptavidin-konjuge antikor ve biyotin ile modifiye edilmiş radyo etiketlerin arasında yüksek afinite ile dayanır; Bununla birlikte, streptavidin ile modifiye edilmiş antikorların bağışıklık çeviri ilişkin endişe verici bir sorun olduğu görülmüştür. ^5,6,9,10 İkinci strateji, aksine, bir kanser, her iki bağlanma genetik olarak inşa edilmiş, bispesifik antikorları kullanır Bu ikinci yol kesinlikle yaratıcı iken biyobelirteç antijen ve küçük molekül radyoaktif işaretli hapten. ^3,11-14, geniş uygulanabilirliği sistemi modülerlik karmaşıklığı, gider ve eksikliği ile sınırlıdır.

Son zamanlarda, biz geliştirdik ve (ters elektron talebi Diels-Alder dayalı I bir pretargeted PET görüntüleme metodolojisini yayınladıEDDA) trans -cyclooctene (TCO) ve tetrazin (Tz arasındaki sikloadisyon reaksiyonu;. Gösterildiği gibi Şekil 1) ¹¹ reaksiyon kendisi yıllardır bilinen olsa da, IEDDA kimya, bir tıklama kimya bioconjugation tekniği olarak son yıllarda bir rönesans yaşadı Ralph Weissleder, Joseph Fox, ve peptidler, antikorlar ve nanopartiküller ile floresan görüntüleme dahil ^12-15 IEDDA Siklokatılma ayarları geniş bir yelpazede uygulanmıştır. diğerleri arasında Peter Conti gruplarının büyüleyici çalışmaları yanı sıra nükleer görüntüleme .. ²⁷ bioorthogonal Ve tıklama kimya türde bir dizi ise – eleştirel – radiohalogens ve radiometals hem ^16-26 ligasyon, verimli, yüksek, temiz, hızlı (k _1> 30.000 M ^-1 sn ^-1), seçici ve bir – Cu-katalize azid-alkin siklokatılma, gerilme-terfi azid-alkin siklokatılma ve Staudinger lig dahilations -. o bütün organizmalar uygulamaları pretargeting çok uygundur IEDDA kimya yapar hızlı reaksiyon kinetiği ve bioorthogonality eşsiz kombinasyonu, hem de bioorthogonal olan bu doğrultuda ^28,29, bu son raporuna dikkat etmek önemlidir bizim laboratuarlar pretargeting için IEDDA kimya uygulamak için ilk değildi:. IEDDA ile pretargeted görüntüleme ilk rapor Rossin çalışmaları, vd ortaya çıktı ve bir ¹¹¹ yılında etiketli tetrazin kullanan bir SPECT metodolojisi özellikli ^30.

Yukarıda ele alındığı gibi, pretargeting yöntemi dört oldukça basit adımları içerir (Şekil 2) sahiptir. Eldeki protokolde, ⁶⁴ Cu NOTA etiketli tetrazin radyoligand ve huA33 antikorun bir TCO modifiye edilmiş konjügat kullanmaktadır kolorektal kanser, PET görüntülemesi için bir pretargeted strateji tarif edilecektir. Ancak, bu yöntemin sonuçta modülerliği kendi gr biridirtrans–cyclooctene kısım olarak eatest varlıklar olmayan içe antikora eklenebilir ve tetrazin radyoaktif muhabir çeşitli eklenebilir.

Protocol

ETİK TABLOSU: anlatıldığı in vivo hayvan deneyleri Tüm onaylanmış protokole ve Memorial Sloan Kettering Kanser Merkezi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (IACUC) etik kurallar altında göre yapıldı. Tz-Bn-Nota 1. Sentezi Küçük bir tepkime kabında, 600 ul NaHCO 3 tamponu (0.1 M, pH 8.1) içinde 7 mg NH2 -Bn-nota (1.25 x 10 -2 mmol) ile çözülür. Çözeltinin pH kontrol edin. Gerekirse, CO <su…

Representative Results

Deneyin ilk üç adım – Tz-Bn-Nota, huA33 için TCO konjugasyonun sentezi ve Tz-Bn-Nota Radyoaktif (Şekil 3 ve 4) inşa – son derece güvenilir. Yukarıda tanımlanan prosedüre durumunda, Tz-Bn-NOTA yapısı yüksek verim ve saflıkta sentezlendi. ~ huA33 antikoru 4.2 ± 0.6 TCO / mAb ile değiştirilmiş olan, ve Tz-Bn-NOTA,>% 85 bozulma düzeltilmiş verim, ve bir spesifik aktivite>% 99, radyokimyasal saflık saflaştırılmış radyoligand vermek üzere 64 Cu ile …

Discussion

Bu pretargeted PET görüntüleme stratejisinin temel avantajı, doğrudan etiketli antikorlar tarafından üretilen arka plan radyasyon dozunun sadece bir kısmını hedef-arka görüntü kontrast ile tümörlerin ortaya çıkarma yeteneğine sahip olmasıdır. Örneğin, burada açıklanan kolorektal kanser görüntüleme sisteminde, akut biyolojik dağılım deneylerden elde edilen veriler, doğrudan etiketli ⁶⁴ Cu-NOTA-huA33 ve ⁸⁹ Zr-DFO-huA33 ile birlikte ⁶⁴ Cu-tabanlı pretargeting…

Materials

Tetrazine NHS Ester	Sigma-Aldrich	764701	Store at -80 °C
Trans-cyclooctene NHS Ester	Sigma-Aldrich	764523	Store at -80 °C
p-NH2-Bn-NOTA	Macrocyclics	B-601	Store at -80 °C