Plevral Yayılım Fare Modelleri için Yakın Kızılötesi Fotoimmünoterapi
Summary
Yakın kızılötesi fotoimmünoterapi (NIR-PIT), kanser hücrelerini yok etmek için antikor-fotoabsorber (IR700Dye) konjuge ve NIR ışığı kullanan gelişmekte olan bir kanser terapötik stratejisidir. Burada, nir-PIT’in antitümör etkisini biyolüminesans görüntüleme kullanarak plevral yaygın akciğer kanseri ve malign plevral mezotelioma fare modelinde değerlendirmek için bir yöntem sunuyoruz.
Abstract
Fotoimmünoterapinin etkinliği ortotopik fare modeli ile deri altı modeline göre daha doğru değerlendirilebilir. Akciğer kanseri veya malign plevral mezotelioma gibi intratorasik hastalıklar için tedavi yöntemlerinin değerlendirilmesi için plevral yayılım modeli kullanılabilir.
Yakın kızılötesi fotoimmünoterapi (NIR-PIT), nir ışığına maruz kaldıktan sonra tümör hedefleyen antikorların özgüllüğünü bir fotoabsorberin (IR700Dye) neden olduğu toksisite ile birleştiren yakın zamanda geliştirilmiş bir kanser tedavi stratejisidir. NIR-PIT’in etkinliği çeşitli antikorlar kullanılarak bildirilmiştir; ancak, sadece birkaç rapor bu stratejinin terapötik etkisini ortotopik bir modelde göstermiştir. Bu çalışmada NIR-PIT kullanılarak tedavi edilen plevral yayılımlı akciğer kanseri modelinin etkinlik değerlendirmesinin bir örneğini ortaya koyuyoruz.
Introduction
Kanser, onlarca yıllık araştırmalara rağmen ölüm oranının önde gelen nedenlerinden biri olmaya devam ediyor. Bunun bir nedeni, radyasyon tedavisi ve kemoterapinin terapötik faydalarını sınırlandırabilecek son derece invaziv teknikler olmasıdır. Daha az invaziv teknikler olan hücresel veya moleküler hedefli tedaviler daha fazla ilgi görüyor. Fotoimmünoterapi, immünoterapi ve fototerapiyi birleştirerek sinerjik olarak terapötik etkiyi artıran bir tedavi yöntemidir. İmmünoterapi, tümör mikroçevresinin immünojenikliğini artırarak ve immünregülatör baskılamayı azaltarak tümör bağışıklığını arttırır ve vücuttaki tümörlerin yok olmasına neden olur. Fototerapi, primer tümörleri ışığa duyarlılık ve ışık ışınlarının bir kombinasyonu ile yok eder ve tümör hücrelerinden salınan tümöre özgü antijenler tümör bağışıklığını arttırır. Tümörler hedef hücrelere özgü ve seçici oldukları için ışığa duyarlılıklayıcılar kullanılarak seçici olarak tedavi edilebilirler. Fototerapinin modalitesi fotodinamik tedavi (PDT), fototermal tedavi (PTT) ve fotokimya temelli tedavileri içerir1.
Yakın kızılötesi fotoimmünoterapi (NIR-PIT), fotokimyasal bazlı tedavi ve immünoterapiyi birleştiren yakın zamanda geliştirilen bir antitümör fototerapi yöntemidir1,2. NIR-PIT, kızılötesine yakın silikon fitalasiyanin boyası IRdye 700DX’in (IR700) monoklonal antikora (mAb) konjugasyonu yoluyla belirli hücre yüzey moleküllerini hedefleyen moleküler olarak hedeflenmiş bir tedavidir. Hedef hücrenin hücre zarı NIR ışığı (690 nm)3ile ışınlama üzerine yok edilir.
Geleneksel ışığa duyarlılıklayıcılar ve antikorlar veya hedeflenen PDT birleştirerek hedefli ışık tedavisi kullanma kavramı otuz yıldan daha eskidir4,5. Önceki çalışmalar konvansiyonel PDT ajanlarını antikorlara eşlenerek hedeflemeye çalışmıştır. Bununla birlikte, bu konjugeler ışığa duyarlılıklarının hidrofobikliği nedeniyle karaciğerde sıkışıp kaldıkları için sınırlı bir başarı vardı6,7. Ayrıca, NIR-PIT mekanizması geleneksel PDT’den tamamen farklıdır. Geleneksel ışığa duyarlılıklayıcılar, ışık enerjisini emen, heyecanlı bir duruma yer alan, zemin durumuna geçiş yapan ve apoptoza neden olan bir enerji dönüşümünden kaynaklanan oksidatif stres üretir. Bununla birlikte, NIR-PIT, bir fotokimyasal reaksiyon yoluyla membranda fotosensilatizerleri toplayarak hücre zarını doğrudan yok ederek hızlı nekroza neden olur8. NIR-PIT birçok yönden geleneksel hedefli PDT’den daha üstündür. Geleneksel ışığa duyarlılıklar, çok sayıda ışığa duyarlılıklaştırıcının tek bir antikor molekülüne bağlanmasını gerektiren ve potansiyel olarak bağlayıcı yakınlığı azaltan düşük yok olma katsayılarına sahiptir. Geleneksel ışığa duyarlılıkların çoğu hidrofobiktir, bu da fotoizatörlerin immünoreaktivitelerinden veya in vivo hedef birikimlerinden ödün vermeden antikorlara bağlanmasını zorlaştırır. Geleneksel ışığa duyarlılıklar tipik olarak görünür aralıktaki ışığı emerek doku penetrasyonunu azaltır.
Akciğer kanseri ve malign plevral mezotelioma (MPM) hücreleri gibi intratorasik tümörleri hedefleyen NIR-PIT üzerinde yapılan çeşitli çalışmalar9, 10,11,12,13,14,15,16,17bildirilmiştir. Bununla birlikte, sadece birkaç rapor NIR-PIT’in plevral yaygın MPM veya akciğer kanseri modellerinde etkinliğini tanımlamıştır9,10,11,12. Deri altı tümör ksinograft modellerinin standart tümör modelleri olduğu düşünülmektedir ve şu anda yeni tedavilerin antitümör etkilerini değerlendirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır18. Bununla birlikte, deri altı tümör mikroçevrİmİ, uygun bir doku yapısının veya gerçek bir malign fenotip 19 , 20 ,21,22’yidüzgün bir şekilde rekapte eden bir durumun geliştirilmesi için izindeğildir. İdeal olarak, antitümör etkilerin daha hassas bir şekilde değerlendirilmesi için ortotopik hastalık modelleri oluşturulmalıdır.
Burada, NIR-PIT kullanılarak tedavi edilen plevral yaygın akciğer kanserinin fare modelinde bir etkinlik değerlendirme yöntemi gösteriyoruz. Plevral yayılım fare modeli, tümör hücrelerinin torasik boşluğa enjekte ederek üretilir ve luciferaz lüminesansı kullanılarak doğrulanır. Fare, IR700 ve NIR ışınlama ile konjuge edilen intravenöz bir mAb enjeksiyonu ile tedavi edildi. Terapötik etki luciferaz lüminesans kullanılarak değerlendirildi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada NIR-PIT’in MPM’nin plevral yayılım modeli üzerindeki terapötik etkisini ölçmek için bir yöntem ortaya koyduk. NIR-PIT ile son derece seçici hücre öldürme yapıldı; böylece, normal doku neredeyse hiç zarar görmedi23,24,25. Bu tür seçici hücre öldürme ile NIR-PIT’in yaygın modeller9,26’dagüvenli olduğ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Hiç kimse
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).
