I nærheden af infrarød fotoimmunoterapi til musemodeller af pleural formidling
Summary
Nær-infrarød fotoimmunotherapy (NIR-PIT) er en spirende kræft terapeutisk strategi, der udnytter et antistof-photoabsorber (IR700Dye) konjugat og NIR lys til at ødelægge kræftceller. Her præsenterer vi en metode til at evaluere antitumoreffekten af NIR-PIT i en musemodel af pleuralformidlet lungekræft og ondartet lungehindekræft ved hjælp af bioluminescensbilleddannelse.
Abstract
Effekten af fotoimmunoterapi kan evalueres mere præcist med en ortotopisk musemodel end med en subkutan. En pleural formidlingsmodel kan anvendes til evaluering af behandlingsmetoder for intrathoraciske sygdomme som lungekræft eller ondartet lungehindekræft.
Nær-infrarød fotoimmunotherapy (NIR-PIT) er en nyligt udviklet kræftbehandling strategi, der kombinerer specificiteten af tumor-målretning antistoffer med toksicitet forårsaget af en photoabsorber (IR700Dye) efter eksponering for NIR lys. Effekten af NIR-PIT er blevet rapporteret ved hjælp af forskellige antistoffer; Men kun få rapporter har vist den terapeutiske virkning af denne strategi i en ortotopisk model. I denne undersøgelse viser vi et eksempel på effektevaluering af den pleuralformidlet lungekræftmodel, som blev behandlet ved hjælp af NIR-PIT.
Introduction
Kræft er fortsat en af de førende årsager til dødelighed på trods af årtiers forskning. En af grundene er, at strålebehandling og kemoterapi er meget invasive teknikker, som kan begrænse deres terapeutiske fordele. Cellulære- eller molekylære-målrettede behandlinger, som er mindre invasive teknikker, får øget opmærksomhed. Fotoimmunoterapi er en behandlingsmetode, der synergistisk forbedrer den terapeutiske virkning ved at kombinere immunterapi og lysbehandling. Immunterapi øger tumorimmunitet ved at øge immunogeniciteten af tumormikromiljøet og reducere immunreguleringsundertrykkelse, hvilket resulterer i ødelæggelse af tumorer i kroppen. Lysbehandling ødelægger primære tumorer med en kombination af photosensitizers og lysstråler, og tumor-specifikke antigener frigivet fra tumorceller øge tumor immunitet. Tumorer kan selektivt behandles ved hjælp af photosensitizers, da de er specifikke og selektive for målcellerne. Lysterapiens modalitet omfatter fotodynamisk terapi (PDT), fototermisk terapi (PTT) og fotokemibaserede behandlinger1.
Nær-infrarød fotoimmunoterapi (NIR-PIT) er en nyligt udviklet metode til antitumor lysbehandling, der kombinerer fotokemisk-baseret terapi og immunterapi1,2. NIR-PIT er en molekylært målrettet behandling, der er rettet mod specifikke celleoverflademolekyler gennem bøjning af et nær-infrarødt siliciumphthalocyaninfarvestof, IRdye 700DX (IR700), til et monoklonalt antistof (mAb). Målcellens cellemembran ødelægges ved bestråling med NIR-lys (690 nm)3.
Konceptet med at bruge målrettet lysterapi ved at kombinere konventionelle fotoensibilisatorer og antistoffer eller målrettet PDT er over tre årtier gammel4,5. Tidligere undersøgelser har forsøgt at målrette konventionelle PDT-midler ved at konjugatere dem til antistoffer. Der var dog begrænset succes, fordi disse konjugates blev fanget i leveren på grund af hydrofobicity af photosensitizers6,7. Desuden er NIR-PIT’s mekanisme helt forskellig fra den konventionelle PDT’s. Konventionelle photosensitizers generere oxidativ stress, der skyldes en energi konvertering, der absorberer lys energi, forvredes til en ophidset tilstand, overgange til jorden tilstand, og forårsager apoptose. Men NIR-PIT forårsager hurtig nekrose ved direkte at ødelægge cellemembranen ved at aggregere photosensitizers på membranen gennem en fotokemisk reaktion8. NIR-PIT er bedre end konventionelle målrettede PDT på mange måder. Konventionelle fotoensibilisatorer har lave udryddelseskoefficienter, der kræver fastgørelse af et stort antal photosensitizers til et enkelt antistofmolekyle, hvilket potentielt reducerer bindende affinitet. De fleste konventionelle fotoensibilisatorer er hydrofobiske, hvilket gør det vanskeligt at binde photosensitizers til antistoffer uden at kompromittere deres immunreaktivitet eller in vivo målakkumulering. Konventionelle fotoensibilisatorer absorberer typisk lys i det synlige område, hvilket reducerer vævspenetration.
Flere undersøgelser af NIR-PIT rettet mod intrathoraciske tumorer som lungekræft og maligne pleuralmesotheliomceller (MPM) er blevet rapporteret9,10,11,12,13,14,15,16,17. Det er dog kun nogle få rapporter , der har beskrevet effekten af NIR-PIT i pleuralformidlet MPM – eller lungekræftmodellerne9,10,11,12. Subkutane tumor xenograft modeller menes at være standard tumor modeller og er i øjeblikket meget udbredt til at evaluere antitumor virkninger af nye behandlinger18. Det subkutane tumormikromiljø er dog ikke eftergivende for udviklingen af en passende vævsstruktur eller en tilstand, der korrekt opsummerer en ægte ondartet fænotype19,20,21,22. Ideelt set bør ortotopiske sygdomsmodeller etableres for en mere præcis vurdering af antitumoreffekterne.
Her demonstrerer vi en metode til effektevaluering i en musemodel af pleuralformidlet lungekræft, som blev behandlet ved hjælp af NIR-PIT. En pleural formidling mus model genereres ved at injicere tumorceller i brysthulen og bekræftet ved hjælp af luciferase luminescens. Musen blev behandlet med en intravenøs injektion af mAb konjugeret med IR700 og NIR bestråling til brystet. Den terapeutiske virkning blev evalueret ved hjælp af luciferase luminescens.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denne undersøgelse demonstrerede vi en metode til måling af NIR-PIT’s terapeutiske virkning på den pleurale formidlingsmodel af MPM. Meget selektiv celledrab blev udført med NIR-PIT; således blev det normale væv næppe beskadiget23,24,25. Med denne type selektiv celleaflivning blev NIR-PIT påvist at være sikker i formidlede modeller9,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ingen
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. Cancer Research. 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. Cancer Research. 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).
