Nabij-infrarood foto-immuuntherapie (NIR-PIT) is een opkomende kankertherapeutische strategie die gebruik maakt van een antilichaam-fotoabsorber (IR700Dye) conjugaat en NIR-licht om kankercellen te vernietigen. Hier presenteren we een methode om het antitumoreffect van NIR-PIT te evalueren in een muismodel van pleurale gedissemineerde longkanker en maligne pleuraal mesothelioom met behulp van bioluminescentie beeldvorming.
De werkzaamheid van foto-immuuntherapie kan nauwkeuriger worden geëvalueerd met een orthotopisch muismodel dan met een subcutaan model. Een pleuraal verspreidingsmodel kan worden gebruikt voor de evaluatie van behandelingsmethoden voor intrathoracale ziekten zoals longkanker of maligne mesothelioom van de pleura.
Nabij-infrarood foto-immuuntherapie (NIR-PIT) is een recent ontwikkelde kankerbehandelingsstrategie die de specificiteit van tumorgerichte antilichamen combineert met toxiciteit veroorzaakt door een fotoabsorber (IR700Dye) na blootstelling aan NIR-licht. De werkzaamheid van NIR-PIT is gemeld met behulp van verschillende antilichamen; slechts enkele rapporten hebben echter het therapeutische effect van deze strategie in een orthotopisch model aangetoond. In de huidige studie tonen we een voorbeeld van werkzaamheidsevaluatie van het pleura gedissemineerde longkankermodel, dat werd behandeld met NIR-PIT.
Kanker blijft een van de belangrijkste doodsoorzaken, ondanks tientallen jaren van onderzoek. Een reden is dat bestralingstherapie en chemotherapie zeer invasieve technieken zijn, die hun therapeutische voordelen kunnen beperken. Cellulaire of moleculair gerichte therapieën, die minder invasieve technieken zijn, krijgen meer aandacht. Fotoimmunotherapie is een behandelmethode die synergetisch het therapeutische effect versterkt door immunotherapie en fototherapie te combineren. Immunotherapie verbetert de tumorimmuniteit door de immunogeniciteit van de tumormicro-omgeving te verhogen en immunoregulerende onderdrukking te verminderen, wat resulteert in de vernietiging van tumoren in het lichaam. Fototherapie vernietigt primaire tumoren met een combinatie van foto-ensitizers en lichtstralen, en tumorspecifieke antigenen die vrijkomen uit de tumorcellen verbeteren de tumorimmuniteit. Tumoren kunnen selectief worden behandeld met behulp van foto-ensitizers omdat ze specifiek en selectief zijn voor de doelcellen. De modaliteit van fototherapie omvat fotodynamische therapie (PDT), fotothermische therapie (PTT) en op fotochemie gebaseerde therapieën1.
Nabij-infrarood foto-immuuntherapie (NIR-PIT) is een recent ontwikkelde methode van antitumor fototherapie die fotochemische therapie en immunotherapie combineert1,2. NIR-PIT is een moleculair gerichte therapie die zich richt op specifieke celoppervlakmoleculen door de conjugatie van een nabij-infrarood siliciumftalocyaninekleurstof, IRdye 700DX (IR700), tot een monoklonaal antilichaam (mAb). Het celmembraan van de doelcel wordt vernietigd bij bestraling met NIR-licht (690 nm)3.
Het concept van het gebruik van gerichte lichttherapie door conventionele fotozensitizers en antilichamen of gerichte PDT te combineren, is meer dan drie decennia oud4,5. Eerdere studies hebben geprobeerd conventionele PDT-middelen aan te vallen door ze te conjugeren tot antilichamen. Er was echter beperkt succes omdat deze conjugaten gevangen zaten in de lever, vanwege de hydrofobiciteit van de foto-ensitizers6,7. Bovendien is het mechanisme van NIR-PIT compleet anders dan dat van conventionele PDT. Conventionele foto-ensitizers genereren oxidatieve stress die het gevolg is van een energieomzetting die lichtenergie absorbeert, ontwricht naar een aangeslagen toestand, overgaat naar de grondtoestand en apoptose veroorzaakt. NIR-PIT veroorzaakt echter snelle necrose door het celmembraan direct te vernietigen door foto-ensitizers op het membraan te aggregeren via een fotochemische reactie8. NIR-PIT is in veel opzichten superieur aan conventionele gerichte PDT. Conventionele foto-ensitizers hebben lage extinctiecoëfficiënten, waardoor grote aantallen foto-ensitizers aan een enkel antilichaammolecuul moeten worden gehecht, waardoor de bindingsaffiniteit mogelijk wordt verminderd. De meeste conventionele foto-ensitizers zijn hydrofoob, waardoor het moeilijk is om de foto-ensitizers aan antilichamen te binden zonder hun immunoreactiviteit of in vivo doelaccumulatie in gevaar te brengen. Conventionele foto-ensitizers absorberen meestal licht in het zichtbare bereik, waardoor de penetratie van weefsel wordt verminderd.
Verschillende studies naar NIR-PIT gericht op intrathoracale tumoren zoals longkanker en kwaadaardige mesothelioom (MPM) cellen van de pleura zijn gemeld9,10,11,12,13,14,15,16,17. Slechts enkele rapporten hebben echter de werkzaamheid van NIR-PIT beschreven in pleura gedissemineerde MPM- of longkankermodellen9,10,11,12. Subcutane tumor xenograft modellen worden beschouwd als standaard tumormodellen en worden momenteel veel gebruikt om de antitumor effecten van nieuwe therapieën te evalueren18. De micro-omgeving van de subcutane tumor is echter niet tolerant voor de ontwikkeling van een geschikte weefselstructuur of een aandoening die een echt kwaadaardig fenotype19,20,21, 22goed samenvat. Idealiter zouden orthotopische ziektemodellen moeten worden opgesteld voor een nauwkeurigere evaluatie van de antitumoreffecten.
Hier demonstreren we een methode van werkzaamheidsevaluatie in een muismodel van pleurale gedissemineerde longkanker, die werd behandeld met NIR-PIT. Een pleuraal verspreidingsmuismodel wordt gegenereerd door tumorcellen in de thoracale holte te injecteren en bevestigd met behulp van luciferase-luminescentie. De muis werd behandeld met een intraveneuze injectie van mAb geconjugeerd met IR700 en NIR-bestraling naar de borstkas. Het therapeutische effect werd geëvalueerd met behulp van luciferase-luminescentie.
In deze studie demonstreerden we een methode voor het meten van het therapeutische effect van NIR-PIT op het pleurale verspreidingsmodel van MPM. Zeer selectieve celdoding werd uitgevoerd met NIR-PIT; het normale weefsel werd dus nauwelijks beschadigd23,24,25. Met dit type selectieve celdoding werd aangetoond dat NIR-PIT veilig was in verspreide modellen9,<sup c…
The authors have nothing to disclose.
Geen
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 |