Pretargeted पीईटी इमेजिंग के लिए Bioorthogonal उलटा इलेक्ट्रॉन मांग Diels-Alder Cycloaddition दोहन
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
पिछले तीस वर्षों में, पोजीट्रान एमिशन टोमोग्राफी (पीईटी) के कैंसर के निदान और प्रबंधन में एक अपरिहार्य नैदानिक उपकरण बन गया है। एंटीबॉडी लंबे समय से कैंसर बायोमार्कर के लिए उनके उत्तम आत्मीयता और विशिष्टता की वजह से ट्यूमर को पोजीट्रान उत्सर्जन radioisotopes की डिलीवरी के लिए होनहार वैक्टर विचार किया गया है। एंटीबॉडी के 1,2 हालांकि, अपेक्षाकृत धीमी गति में विवो फार्माकोकाइनेटिक्स बहु दिन के साथ radioisotopes के उपयोग को अनिवार्य शारीरिक आधा जीवन। आंशिक शरीर सीटी स्कैन के विपरीत – – इस संयोजन मरीजों की गैर लक्ष्य अंगों, radioimmunoconjugates नसों और इसलिए इंजेक्ट कर रहे हैं के बाद से विशेष रूप से नैदानिक महत्व का है कि एक महत्वपूर्ण जटिलता को उच्च विकिरण खुराक उपज कर सकते हैं परिणाम अवशोषित मात्रा में शरीर के हर हिस्से में, पूछताछ के ऊतकों की परवाह किए बगैर।
इस मुद्दे को बायपास करने के लिए आदेश में, महत्वपूर्ण प्रयास विकास के लिए समर्पित कर दिया गया हैएक साथ उनके आंतरिक फार्माकोकाइनेटिक सीमाओं झालर, जबकि जिससे एंटीबॉडी के लाभप्रद गुणों का लाभ, रेडियो आइसोटोप और लक्षित कर आधा भाग दसगुणा कि पीईटी इमेजिंग रणनीतियों के pment। इन रणनीतियों – सबसे अक्सर pretargeting या multistep लक्ष्य-निर्धारण में कहा – आम तौर पर चार चरणों को रोजगार: (1) एक प्रतिजन और एक radioligand दोनों बाध्यकारी में सक्षम एक एंटीबॉडी के प्रशासन; (2) लक्ष्य ऊतक और रक्त से इसकी निकासी में एंटीबॉडी का संचय; (3) एक छोटा सा अणु radioligand के प्रशासन; और (4) अतिरिक्त radioligand के तेजी से निकासी के द्वारा। कुछ मामलों में 3-8 पीछा एंटीबॉडी को radioligand के vivo बंधाव, एक अतिरिक्त समाशोधन एजेंट किसी भी एंटीबॉडी के उत्सर्जन में तेजी लाने के क्रम में चरण 2 और 3 के बीच इंजेक्शन है कि ट्यूमर बाध्य करने के लिए अभी तक है और रक्त में रहता है। 5
मोटे तौर पर, TW बोल रहा हूँpretargeting रणनीतियों के ओ प्रकार के साहित्य में सबसे अधिक प्रचलित हैं। दोनों मॉडल preclinical में सफल साबित हुए हैं, वे भी उनके नैदानिक प्रयोज्यता बाधा है कि कुंजी सीमाओं के पास है। पहली रणनीति streptavidin संयुग्मित एंटीबॉडी और बायोटिन संशोधित radiolabels के बीच उच्च आत्मीयता पर निर्भर करता है; हालांकि, streptavidin संशोधित एंटीबॉडी के प्रतिरक्षाजनकता अनुवाद के संबंध में एक चिंताजनक समस्या साबित हो गया है। 5,6,9,10 दूसरी रणनीति, इसके विपरीत, एक कैंसर दोनों बाध्य करने के लिए आनुवंशिक रूप से इंजीनियर किया गया है कि bispecific एंटीबॉडी को रोजगार इस बाद मार्ग निश्चित रूप से रचनात्मक है जबकि बायोमार्कर प्रतिजन और एक छोटा सा अणु radiolabeled hapten। 3,11-14, इसकी व्यापक प्रयोज्यता प्रणाली की प्रतिरूपकता की जटिलता, व्यय, और कमी के द्वारा सीमित है।
हाल ही में, हम विकसित किया है और (उलटा इलेक्ट्रॉन मांग Diels-Alder के आधार पर मैं एक pretargeted पीईटी इमेजिंग कार्यप्रणाली प्रकाशितEDDA) ट्रांस -cyclooctene (TCO) और tetrazine (Tz के बीच cycloaddition प्रतिक्रिया;। द्वारा सचित्र के रूप में चित्रा 1) 11 प्रतिक्रिया में ही दशकों के लिए जाना जाता रहा है, वहीं IEDDA रसायन विज्ञान, एक क्लिक के रसायन शास्त्र bioconjugation तकनीक के रूप में हाल के वर्षों में एक पुनर्जागरण का अनुभव किया है राल्फ Weissleder, यूसुफ फॉक्स, और पेप्टाइड्स, एंटीबॉडी, और नैनोकणों के साथ प्रतिदीप्ति इमेजिंग सहित 12-15 IEDDA cycloaddition सेटिंग्स की एक विस्तृत श्रृंखला में लागू किया गया है। दूसरों के बीच में पीटर Conti के समूहों के आकर्षक काम करने के साथ ही परमाणु इमेजिंग ।। 27 bioorthogonal और क्लिक रसायन शास्त्र के प्रकार की एक संख्या है, जबकि – समीक्षकों – radiohalogens और radiometals दोनों के साथ 16-26 बंधाव, उपज उच्च स्वच्छ, तेजी से (कश्मीर 1> 30,000 एम -1 सेकंड -1), चयनात्मक, और है – घन उत्प्रेरित azide-alkyne cycloadditions, तनाव-पदोन्नत azide-alkyne cycloadditions, और Staudinger निम्न आय वर्ग सहितations -। यह पूरे जीवों में आवेदन pretargeting को इतनी अच्छी तरह से अनुकूल IEDDA रसायन शास्त्र में आता है कि तेजी से प्रतिक्रिया कैनेटीक्स और bioorthogonality के अद्वितीय संयोजन है, साथ ही bioorthogonal हैं इन पंक्तियों के साथ 28,29, यह से हाल ही में रिपोर्ट है कि नोट करना महत्वपूर्ण है हमारे प्रयोगशालाओं pretargeting को IEDDA रसायन शास्त्र लागू करने के लिए पहली बार नहीं था:। IEDDA साथ pretargeted इमेजिंग की पहली रिपोर्ट Rossin का काम करते हैं, एट अल से उठी और एक 111 में लेबल tetrazine रोजगार को SPECT- कार्यप्रणाली विशेष रुप से 30।
हम ऊपर चर्चा की, pretargeting कार्यप्रणाली चार काफी सरल चरणों (चित्रा 2) है। हाथ में प्रोटोकॉल में, एक 64 घन नोट लेबल tetrazine radioligand और huA33 एंटीबॉडी के एक TCO के संशोधित रूप साधना कि रोजगार कोलोरेक्टल कैंसर की पीईटी इमेजिंग के लिए एक pretargeted रणनीति वर्णित किया जाएगा। हालांकि, इस पद्धति का अंततः प्रतिरूपकता अपने जीआर में से एक हैट्रांस -cyclooctene आधा भाग के रूप में eatest संपत्ति है, किसी भी गैर internalizing एंटीबॉडी के साथ संलग्न किया जा सकता है, और tetrazine रेडियोधर्मी पत्रकारों की एक विस्तृत विविधता के लिए संलग्न किया जा सकता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस pretargeted पीईटी इमेजिंग रणनीति के प्रमुख लाभ यह है कि सीधे लेबल वाले एंटीबॉडी द्वारा उत्पादित पृष्ठभूमि विकिरण खुराक का केवल एक अंश पर लक्ष्य करने के लिए पृष्ठभूमि छवि के विपरीत के साथ ट्यूमर का वर्णन क?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Prof. Ralph Weissleder, Dr. Pat Zanzonico, and Dr. NagaVaraKishore Pillarsetty for helpful conversations and the NIH for funding (BMZ: 1K99CA178205-01A1)
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 |
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