في فيفو الفلورة المناعية توطين لتقييم التوزيع الحيوي للجسم المضاد العلاجي والتشخيصي في أبحاث السرطان
Summary
يمكن استخدام طريقة توطين المناعة في الجسم الحي (IVIL) لفحص في التوزيع البيولوجي في الجسم الحي للأجسام المضادة وكدمات الأجسام المضادة لأغراض الأورام في الكائنات الحية باستخدام مزيج من استهداف الورم في الجسم الحي وتلطيخ المناعة في الجسم الحي اساليب.
Abstract
الأجسام المضادة أحادية النسيلة (mAbs) هي أدوات هامة في الكشف عن السرطان وتشخيصه وعلاجه. وهي تستخدم لكشف دور البروتينات في تكوين الأورام، ويمكن توجيهها إلى العلامات الحيوية للسرطان تمكين الكشف عن الورم والتوصيف، ويمكن استخدامها لعلاج السرطان كما mAbs أو الأجسام المضادة للأدوية المتقارنة لتنشيط الخلايا المُنفِّذة المناعية، لمنع إشارات مسارات، أو قتل مباشرة الخلايا التي تحمل مستضد معين. على الرغم من التقدم السريري في تطوير وإنتاج mAbs جديدة ومحددة للغاية، يمكن أن تضعف التطبيقات التشخيصية والعلاجية من تعقيد وعدم تجانس البيئة الدقيقة الورم. وهكذا، لتطوير العلاجات والتشخيصات الفعالة القائمة على الأجسام المضادة، من الأهمية بمكان تقييم التوزيع الحيوي والتفاعل بين المتقارن القائم على الأجسام المضادة مع البيئة الدقيقة للورم الحي. هنا، ونحن نصف في فيفو الفلورة توطين (IVIL) كنهج جديد لدراسة تفاعلات العلاجات القائمة على الأجسام المضادة والتشخيص في الظروف الفسيولوجية والمرضية في الجسم الحي. في هذه التقنية، يتم حقن جسم مضاد علاجي أو تشخيصي خاص بالمستضد عن طريق الوريد في الجسم الحي والجسم الحي السابق المترجم مع جسم مضاد ثانوي في أورام معزولة. وبالتالي، فإن IVIL يعكس التوزيع البيولوجي في الجسم الحي للأدوية المضادة وعوامل الاستهداف. ويرد وصف اثنين من تطبيقات IVIL تقييم التوزيع البيولوجي وإمكانية الوصول إلى عوامل التباين المستندة إلى الأجسام المضادة للتصوير الجزيئي لسرطان الثدي. سيسمح هذا البروتوكول للمستخدمين المستقبليين بتكييف طريقة IVIL لتطبيقات البحوث المستندة إلى الأجسام المضادة الخاصة بهم.
Introduction
الأجسام المضادة أحادية النسيلة (mAb) هي بروتينات سكرية كبيرة (حوالي 150 كيلودا) من الأسرة الفائقة المناعية التي تفرزها الخلايا B ولها وظيفة أولية في الجهاز المناعي لتحديد وتمنع إما الوظيفة البيولوجية، أو علامة ل تدمير، ومسببات الأمراض البكتيرية أو الفيروسية، ويمكن التعرف على التعبير البروتين غير طبيعي على الخلايا السرطانية1. الأجسام المضادة يمكن أن يكون لها تقارب عالية للغاية إلى epitopes محددة وصولا الى تركيزات femtomolar مما يجعلها أدوات واعدة للغاية في الطب الحيوي2. مع تطوير تكنولوجيا الهجن من قبل ميلشتاين وKöhler (منحت جائزة نوبل في عام 1984)، أصبح إنتاج mAbs ممكن3. في وقت لاحق، تم إنشاء mAbs الإنسان باستخدام تكنولوجيا عرض phage أو سلالات الماوس المعدلة وراثيا وأحدثت ثورة في استخدامها كأدوات بحثية جديدة والعلاج4،5.
السرطان هو قضية صحية في جميع أنحاء العالم وسبب رئيسي للوفاة خلق الحاجة إلى نهج جديدة للوقاية والكشف والعلاج6. وحتى الآن، سمح الـ mAbs باستخراج دور الجينات وبروتيناتها في تكوين الأورام، وعندما تكون موجهة ضد العلامات الحيوية للسرطان، يمكن أن تمكن من الكشف عن الأورام وتحديد خصائص طبقات المريض. لعلاج السرطان، يتم تطوير mAbs ثنائية محددة، وكدمات الأجسام المضادة للمخدرات، وشظايا الأجسام المضادة أصغر كعلاجات، ولتسليم المخدرات المستهدفة لتعزيز الفعالية العلاجية7. بالإضافة إلى ذلك، تعمل الأجسام المضادة لاستهداف العلامات الحيوية لعوامل التباين لطرائق التصوير الجزيئي مثل الجراحة الموجهة بالفلورة، والتصوير الصوتي الضوئي (PA)، والتصوير الجزيئي بالموجات فوق الصوتية (الولايات المتحدة)، وانبعاث البوزيترون المستخدم سريرياً التصوير المقطعي (PET) أو انبعاث فوتون واحد التصوير المقطعي المحوسب (SPECT)8. وأخيرا، يمكن أيضا استخدام الأجسام المضادة كعوامل ثيرانوستيك تمكين الطبقية من المرضى ورصد الاستجابة للعلاجات المستهدفة9. ولذلك، بدأت mAbs رواية تلعب دورا حاسما في الكشف عن السرطان، والتشخيص، والعلاج.
على الرغم من التقدم الحاسم في تطوير وإنتاج mAbs جديدة ومحددة للغاية، يمكن أن تصبح التطبيقات التشخيصية والعلاجية غير فعالة بسبب تعقيد بيئة الورم. تفاعلات الأجسام المضادة تعتمد على نوع الظهارة،أي، سواء كان خطيًا أو توافقيًا10. بالإضافة إلى الاعتراف بالمستضدات ، تحتاج الأجسام المضادة إلى التغلب على الحواجز الطبيعية مثل جدران الأوعية ، والأغشية القاعدية ، والورم ستروما للوصول إلى الخلايا المستهدفة التي تعبر عن المستضد. الأجسام المضادة تتفاعل مع الأنسجة ليس فقط من خلال متغير جزء مستضد ملزم (فاب) المجال ولكن أيضا من خلال جزء بلوري ثابت (Fc) مما يؤدي كذلك إلى التفاعلات خارج الموقع11. كما أن الاستهداف معقد بسبب التعبير غير المتجانس لعلامات الورم في جميع أنحاء الجزء الأكبر من الورم وعدم التجانس في الأوعية الدموية الورم ية ونظام اللمفاويات12،13. وبالإضافة إلى ذلك، يتكون الورم microenvironment من الخلايا الليفية المرتبطة بالسرطان التي تدعم الخلايا السرطانية، والخلايا المناعية الورم التي تقمع ردود الفعل المناعية المضادة للورم، والبطانة الورم الذي يدعم نقل الأكسجين والمواد الغذائية، وجميع التي تتداخل مع اختراق وتوزيع وتوافر العلاجات القائمة على الأجسام المضادة أو التشخيص. بشكل عام، يمكن أن تحد هذه الاعتبارات من الفعالية العلاجية أو التشخيصية، والحد من استجابة العلاج، وقد تؤدي إلى مقاومة الورم.
لذلك، لتطوير العلاجات والتشخيصات الفعالة القائمة على الأجسام المضادة، من الأهمية بمكان تقييم التوزيع الحيوي والتفاعل بين المتقارن القائم على الأجسام المضادة داخل البيئة الدقيقة للورم. حاليا، في الدراسات ما قبل السريرية، يتم تحليل التعبير علامة في نماذج البحوث الورم في الجسم الحي السابق عن طريق الفلورة المناعية (IF) تلطيخ أقسام الورم14. يتم تنفيذ تلطيخ IF القياسية مع الأجسام المضادة الأولية محددة علامة والتي يتم تسليط الضوء عليها بعد ذلك من قبل الأجسام المضادة الثانوية وصفت الفلورسنت على شرائح الأنسجة الورم ية في الجسم الحي السابق التي تم عزلها عن الحيوان. تسلط هذه التقنية الضوء على الموقع الثابت للعلامة في وقت تثبيت الأنسجة ولا توفر نظرة ثاقبة حول كيفية توزيع أو تفاعل العلاجات أو التشخيصات المستندة إلى الأجسام المضادة في الظروف الفسيولوجية. التصوير الجزيئي من قبل PET، SPECT، الولايات المتحدة، والسلطة الفلسطينية يمكن أن توفر معلومات حول توزيع عامل التباين الأجسام المضادة المترافقة في النماذج الحية قبل السريرية8،15. وبما أن طرائق التصوير هذه غير غازية، يمكن إجراء دراسات طولية، كما يمكن جمع بيانات حساسة للوقت مع الحد الأدنى من عدد الحيوانات لكل مجموعة. ومع ذلك، هذه النهج التصوير الجزيئي غير الغازية ليست حساسة بما فيه الكفاية وليس لديها ما يكفي من القرار لتوطين توزيع الأجسام المضادة على المستوى الخلوي. بالإضافة إلى ذلك ، قد يتم تغيير الخصائص الفيزيائية والبيولوجية للجسم المضاد الأولي بشكل جذري عن طريق اقتران عامل التباين16.
من أجل أخذ الظروف الفسيولوجية والمرضية في الجسم الحي في الاعتبار كيفية تفاعل العلاجات والتشخيصات القائمة على الأجسام المضادة داخل بيئة الورم والحصول على توزيع خلوي عالي الدقة وحتى دون الخلوية ملامح الأجسام المضادة غير المترافقة، نقترح نهج IF، يعتبر في توطين المناعة في الجسم الحي (IVIL)، الذي يتم حقن الأجسام المضادة الخاصة بالمستضد عن طريق الوريد في الجسم الحي. وينتقل العلاج أو التشخيص القائم على الأجسام المضادة، الذي يعمل كجسم مضاد أساسي، في الأوعية الدموية الوظيفية ويربط بالبروتين المستهدف في بيئة الورم الحية الدقيقة للغاية. بعد عزل الأورام التي تحمل اسم الجسم الحي مع الأجسام المضادة الأولية، يتم استخدام جسم مضاد ثانوي لتوطين الكدمات المتراكمة والاحتفاظ بها. هذا النهج يشبه نهج علم الأنسجة IF وصفها سابقا حقن الأجسام المضادة المسمى الفلورسنت17. على الرغم من هنا، فإن استخدام الأجسام المضادة غير المترافقة يتجنب التغيير المحتمل في خصائص التوزيع البيولوجي الناجم عن تعديل الأجسام المضادة. وعلاوة على ذلك، فإن تطبيق الجسم الحي السابق للجسم المضاد الثانوي الفلورسنت يتجنب احتمال فقدان إشارة الفلورة أثناء جمع الأنسجة ومعالجتها ويوفر تضخيم كثافة إشارة الفلورة. يعكس نهج وضع العلامات لدينا في التوزيع البيولوجي في الجسم الحي للأدوية المستندة إلى الأجسام المضادة والعوامل المستهدفة ويمكن أن يوفر رؤى هامة لتطوير عوامل تشخيصية وعلاجية جديدة.
هنا، نقوم بوصف تطبيقين لطريقة IVIL كما تم تطبيقها في الدراسات السابقة التي تحقق في التوزيع البيولوجي وإمكانية الوصول إلى عوامل التباين المستندة إلى الأجسام المضادة لطرق التصوير الجزيئي للكشف عن سرطان الثدي. أولاً، التوزيع الحيوي لصبغة الأشعة تحت الحمراء القريبة من الأجسام المضادة (الأجسام المضادة للأشعة تحت الحمراء- H3 المرتبطة بصبغة الفلورة بالأشعة تحت الحمراء القريبة، والأخضر الإندوذيانين، وB7-H3-ICG) وعامل التحكم في نوع الإيزوتايب (Iso-ICG) للفلورة والجزيئية الصوتية الضوئية يتم استكشاف التصوير18. يتم وصف أسلوب هذا التطبيق في البروتوكول. بعد ذلك، يتم تحديد نتائج التوزيع الحيوي لجسم مضاد حساس بشكل متزامن إلى netrin-1، عادة لا يمكن الكشف عنها مع التصوير IF التقليدي، المستخدم مع التصوير الجزيئي بالموجات فوق الصوتية، ويتم عرضها في النتائج التمثيلية19. في ختام هذه الورقة البروتوكول، يجب أن يشعر القراء بالراحة اعتماد طريقة IVIL لتطبيقات البحوث المستندة إلى الأجسام المضادة الخاصة بهم.
Protocol
Representative Results
Discussion
ولهذا الأسلوب عدة خطوات حاسمة ويتطلب تعديلات محتملة لضمان التنفيذ الناجح. أولاً، يجب أن تكون الجرعة وتوقيت الأجسام المضادة / الأجسام المضادة المترافقة الحقن الوريدي مصممة لتطبيق معين. عموما, يجب استخدام جرعات التي تتفق مع كيفية استخدام conjugate الأجسام المضادة عادة, أي مطابقة جرعات من الأجس?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر الدكتور أندرو أولسون (خدمة الفحص المجهري لعلوم الأعصاب في ستانفورد) على المناقشات واستخدام المعدات. نشكر الدكتور يورغن ك. ويلمان على توجيهه. وقد تم دعم هذه الدراسة من قبل NIH R21EB022214 منحة (KEW)، NIH R25CA118681 منحة التدريب (KEW)، وNIH K99EB023279 (KEW). تم دعم خدمة الفحص المجهري لعلوم الأعصاب في ستانفورد من قبل NIH NS069375.
Materials
| Animal Model | |||
| FVB/N-Tg(MMTV-PyMT)634Mul/J | The Jackson Laboratory | 002374 | Females, 4-6 weeks of age |
| Animal Handling Supplies | |||
| 27G Catheter | VisualSonics | Please call to order | Vevo MicroMarker Tail Vein Access Cannulation Kit |
| Alcohol Wipes | Fisher Scientific | 22-246073 | |
| Gauze Sponges (4" x 4" 16 Ply) | Cardinal Health | 2913 | |
| Heat Lamp | Morganville Scientific | HL0100 | |
| Isoflurane | Henry Schein Animal Health | 29404 | |
| Ophthalmic Ointment | Fisher Scientific | NC0490117 | |
| Surgical Tape | 3M | 1530-1 | |
| Tissue Collection | |||
| Disposable Base Molds | Fisher Scientific | 22-363-556 | |
| Optimal Cutting Temperature (OCT) Medium | Fisher Scientific | 23-730-571 | |
| Surgical London Forceps | Fine Science Tools | 11080-02 | |
| Surgical Scissors | Fine Science Tools | 14084-08 | |
| Antibodies | |||
| AlexaFluor-488 goat anti-rat IgG | Life Technologies | A-11006 | |
| AlexaFluor-546 goat anti-rabbit IgG | Life Technologies | A-11010 | |
| AlexaFluor-594 goat anti-human IgG | Life Technologies | A11014 | |
| Human IgG Isotype Control | Novus Biologicals | NBP1-97043 | |
| Humanized anti-netrin-1 antibody | Netris Pharma | contact@netrispharma.com | |
| Rabbit anti-Mouse CD276 (B7-H3) | Abcam | ab134161 | EPNCIR122 Clone |
| Rat anti-Mouse CD31 | BD Biosciences | 550274 | MEC 13.3 Clone |
| Reagents | |||
| Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A2153-50G | |
| Clear Nail Polish | Any local drug store | ||
| Indocyanine Green – NHS | Intrace Medical | ICG-NHS ester | |
| Mounting Medium | ThermoFisher Scientific | TA-006-FM | |
| Normal Goat Serum | Fisher Scientific | ICN19135680 | |
| Paraformaldehyde (PFA) | Fisher Scientific | AAJ19943K2 | |
| Sterile Phosphate Buffered Saline (PBS) | ThermoFisher Scientific | 14190250 | |
| Triton-X 100 | Sigma-Aldrich | T8787 | |
| Supplies | |||
| Adhesion Glass Slides | VWR | 48311-703 | |
| Desalting Columns | Fisher Scientific | 45-000-148 | |
| Glass Cover Slips | Fisher Scientific | 12-544G | |
| Hydrophobic Barrier Pen | Ted Pella | 22311 | |
| Microcentrifuge Tubes | Fisher Scientific | 05-402-25 | |
| Slide Staining Tray | VWR | 87000-136 | |
| Software | |||
| FIJI | LOCI, UW-Madison. | Version 4.0 | https://fiji.sc/ |
Referências
- Forthal, D. N. Functions of Antibodies. Microbiology Spectrum. 2 (4), 1-17 (2014).
- Boder, E. T., Midelfort, K. S., Wittrup, K. D. Directed evolution of antibody fragments with monovalent femtomolar antigen-binding affinity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 97 (20), 10701-10705 (2000).
- Köhler, G., Milstein, C. Continuous cultures of fused cells secreting antibody of predefined specificity. Nature. 256 (5517), 495-497 (1975).
- Lonberg, N., et al. Antigen-specific human antibodies from mice comprising four distinct genetic modifications. Nature. 368 (6474), 856-859 (1994).
- McCafferty, J., Griffiths, A. D., Winter, G., Chiswell, D. J. Phage antibodies: filamentous phage displaying antibody variable domains. Nature. 348 (6301), 552-554 (1990).
- Ferlay, J., et al. Cancer incidence and mortality worldwide: sources, methods and major patterns in GLOBOCAN 2012. International Journal of Cancer. 136 (5), E359-E386 (2015).
- Reichert, J. M., Valge-Archer, V. E. Development trends for monoclonal antibody cancer therapeutics. Nature Reviews Drug Discovery. 6 (5), 349-356 (2007).
- Kircher, M. F., Willmann, J. K. Molecular Body Imaging: MR Imaging, CT, and US. Part I. Principles. Radiology. 263 (3), 633-643 (2012).
- Fleuren, E. D. G., et al. Theranostic applications of antibodies in oncology. Molecular Oncology. 8 (4), 799-812 (2014).
- Forsström, B., Bisławska Axnäs, B., Rockberg, J., Danielsson, H., Bohlin, A., Uhlen, M. Dissecting Antibodies with Regards to Linear and Conformational Epitopes. PLoS ONE. 10 (3), (2015).
- Woof, J. M., Burton, D. R. Human antibody-Fc receptor interactions illuminated by crystal structures. Nature Reviews Immunology. 4 (2), 89-99 (2004).
- Brooks, J. D. Translational genomics: The challenge of developing cancer biomarkers. Genome Research. 22 (2), 183-187 (2012).
- Tabrizi, M., Bornstein, G. G., Suria, H. Biodistribution Mechanisms of Therapeutic Monoclonal Antibodies in Health and Disease. The AAPS Journal. 12 (1), 33-43 (2009).
- Duraiyan, J., Govindarajan, R., Kaliyappan, K., Palanisamy, M. Applications of immunohistochemistry. Journal of Pharmacy & Bioallied Sciences. 4 (Suppl 2), S307-S309 (2012).
- Gambhir, S. S. Molecular imaging of cancer with positron emission tomography. Nature Reviews. Cancer. 2 (9), 683-693 (2002).
- Freise, A. C., Wu, A. M. In vivo Imaging with Antibodies and Engineered Fragments. Molecular Immunology. 67 (200), 142-152 (2015).
- Cilliers, C., Menezes, B., Nessler, I., Linderman, J., Thurber, G. M. Improved Tumor Penetration and Single-Cell Targeting of Antibody-Drug Conjugates Increases Anticancer Efficacy and Host Survival. Pesquisa do Câncer. 78 (3), 758-768 (2018).
- Wilson, K. E., et al. Spectroscopic Photoacoustic Molecular Imaging of Breast Cancer using a B7-H3-targeted ICG Contrast Agent. Theranostics. 7 (6), 1463-1476 (2017).
- Wischhusen, J., et al. Ultrasound molecular imaging as a non-invasive companion diagnostic for netrin-1 interference therapy in breast cancer. Theranostics. 8 (18), 5126-5142 (2018).
- Guy, C. T., Cardiff, R. D., Muller, W. J. Induction of mammary tumors by expression of polyomavirus middle T oncogene: a transgenic mouse model for metastatic disease. Molecular and Cellular Biology. 12 (3), 954-961 (1992).
- Hober, S., Nord, K., Linhult, M. Protein A chromatography for antibody purification. Journal of Chromatography B. 848 (1), 40-47 (2007).
- Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. Whole Animal Perfusion Fixation for Rodents. Journal of Visualized Experiments JoVE. (65), (2012).
- Schindelin, J., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
- Bachawal, S. V., et al. Earlier detection of breast cancer with ultrasound molecular imaging in a transgenic mouse model. Pesquisa do Câncer. 73, 1689-1698 (2013).
- Fitamant, J., et al. Netrin-1 expression confers a selective advantage for tumor cell survival in metastatic breast cancer. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (12), 4850-4855 (2008).
- Kennedy, T. E., Serafini, T., de la Torre, J. R., Tessier-Lavigne, M. Netrins are diffusible chemotropic factors for commissural axons in the embryonic spinal cord. Cell. 78 (3), 425-435 (1994).
- Ryman, J. T., Meibohm, B. Pharmacokinetics of Monoclonal Antibodies. CPT: Pharmacometrics & Systems Pharmacology. 6 (9), 576-588 (2017).
- Scalia, C. R., et al. Antigen Masking During Fixation and Embedding, Dissected. Journal of Histochemistry and Cytochemistry. 65 (1), 5-20 (2017).
- Robertson, R. T., et al. Use of labeled tomato lectin for imaging vasculature structures. Histochemistry and Cell Biology. 143 (2), 225-234 (2015).
- Chen, C. Y., et al. Blood flow reprograms lymphatic vessels to blood vessels. The Journal of Clinical Investigation. 122 (6), 2006-2017 (2012).
- Anderson, K. G., et al. Intravascular staining for discrimination of vascular and tissue leukocytes. Nature Protocols. 9 (1), 209-222 (2014).
- de Boer, E., et al. In Vivo Fluorescence Immunohistochemistry: Localization of Fluorescently Labeled Cetuximab in Squamous Cell Carcinomas. Scientific Reports. 5, (2015).
- Jenkins, R. W., Barbie, D. A., Flaherty, K. T. Mechanisms of resistance to immune checkpoint inhibitors. British Journal of Cancer. 118 (1), 9-16 (2018).
- Rexer, B. N., Arteaga, C. L. Intrinsic and acquired resistance to HER2-targeted therapies in HER2 gene-amplified breast cancer: mechanisms and clinical implications. Critical Reviews in Oncogenesis. 17 (1), 1-16 (2012).
