קביעת זיקה מחייבת (KD) של נוגדנים בעלי תווית רדיו לאנטיגנים משותקים
Summary
כאן מתוארת שיטה לקביעת הזיקה המחייבת (KD) של נוגדנים בעלי תווית רדיו לאנטיגנים משותקים. KD הוא קבוע דיסוציאציית שיווי המשקל שניתן לקבוע מניסוי קשירת רוויה על ידי מדידת הקשירה הכוללת, הספציפית והלא ספציפית של נוגדן בעל תווית רדיו בריכוזים שונים לאנטיגן שלו.
Abstract
קביעת זיקה מקשרת (KD) היא היבט חשוב של אפיון נוגדנים בעלי תווית רדיו-תווית (rAb). בדרך כלל, זיקה מקשרת מיוצגת על ידי קבוע הדיסוציאציה של שיווי המשקל, KD, וניתן לחשב אותה כריכוז הנוגדן שבו מחצית מאתרי הקישור של הנוגדנים תפוסים בשיווי משקל. ניתן להכליל שיטה זו לכל נוגדן בעל תווית רדיו או פיגומים אחרים של חלבונים ופפטידים. בניגוד לשיטות מבוססות תאים, הבחירה באנטיגנים משותקים שימושית במיוחד לאימות זיקות קושרות לאחר אחסון ארוך טווח של נוגדנים, הבחנה בין זיקות קשירת קשר של זרועות אזור קושר אנטיגן מקטעי (Fab) במבני נוגדנים דו-ספציפיים, וקביעה אם יש שונות בביטוי אנטיגן בין קווי תאים שונים. שיטה זו כוללת שיתוק כמות קבועה של אנטיגן לבארות שצוינו על לוחית 96 בארות הניתנת לשבירה. לאחר מכן, קשירה לא ספציפית נחסמה בכל הבארות עם אלבומין בסרום בקר (BSA). לאחר מכן, rAb נוסף בשיפוע ריכוז לכל הבארות. מגוון של ריכוזים נבחר כדי לאפשר ל-rAb להגיע לרוויה, כלומר ריכוז של נוגדנים שבו כל האנטיגנים קשורים באופן רציף על ידי ה-rAb. בבארות ייעודיות ללא אנטיגן משותק, ניתן לקבוע קשירה לא ספציפית של ה- rAb. על ידי חיסור קשירה לא ספציפית מהקשירה הכוללת בבארות עם אנטיגן משותק, ניתן לקבוע קשירה ספציפית של rAb לאנטיגן. KD של rAb חושב מתוך עקומת קשירה רוויה שנוצרה כתוצאה מכך. לדוגמה, זיקה מקשרת נקבעה באמצעות amivantamab עם תווית רדיו-תאית, נוגדן דו-ספציפי לקולטן גורם גדילה אפידרמלי (EGFR) וחלבוני מעבר מזנכימלי-אפיתליאלי ציטופלסמי (cMET).
Introduction
לנוגדנים בעלי תווית רדיו (rAb) יש מגוון שימושים ברפואה. בעוד שרובם משמשים באונקולוגיה כחומרי הדמיה וטיפול, ישנם יישומי הדמיה לדלקת הקשורה לראומטולוגיה, קרדיולוגיה ונוירולוגיה1. הדמיה rAbs יש רגישות גבוהה לאיתור נגעים ויש לו פוטנציאל לסייע בבחירת המטופלים לטיפול 2,3,4,5. הם משמשים גם לטיפול בגלל הספציפיות שלהם עבור האנטיגנים שלהם בהתאמה. באסטרטגיה המכונה תרנוסטיקה, אותו rAb משמש הן להדמיה והן לטיפול6.
באופן אידיאלי, הנוגדן שנבחר לתיוג רדיו הוא כזה שכבר הוכח כבעל זיקה וספציפיות מחייבת גבוהה בשיטות שאינן מתויגות. ניתן להשיג סימון רדיו של נוגדנים באמצעות שינוי כימי ישיר של נוגדנים עם רדיונוקליד היוצר קשרים קוולנטיים יציבים (למשל רדיו-יוד), או בעקיפין באמצעות הצמדה עם כלאטורים שמתואמים לאחר מכן לרדיומטלים 7,8. תיוג רדיו ישיר כגון עם רדיויוד משנה באופן ספציפי את שאריות הטירוזין וההיסטידין על הנוגדן. אם שאריות אלה חשובות לקשירת אנטיגן, אזי זיקת רדיו זו תשנה את זיקת הכריכה. לעומת זאת, ישנם פרוטוקולים מבוססים מרובים להצמדה ותווי רדיו-תיוג עקיף של נוגדנים. לדוגמה, כלטור נפוץ המשמש לקשירת זירקוניום-89 (89Zr) להדמיית PET של נוגדנים הוא p-isothiocyanatobenzyl-desferrioxamine (DFO), אשר מצומד באופן אקראי לשאריות ליזין של הנוגדן 9,10. אם יש שאריות ליזין באזור קשירת האנטיגן, הצמדה באתרים אלה עלולה לעכב באופן סטריקי את קשירת האנטיגן ובכך לפגוע בקשירת הנוגדן-אנטיגן. לפיכך, שיטות הרדיו-קונז’וגציה השונות המשמשות לתיוג רדיו-תיוג עקיף או ישיר של נוגדנים עלולות להשפיע על פעילות חיסונית, המוגדרת כיכולתו של הנוגדן רדיו-קונג’וגאט להיקשר לאנטיגן 7,11 שלו. שיטות הצמדה ספציפיות לאתר יכולות לעקוף מגבלה זו, אך טכניקות אלה דורשות הנדסת נוגדנים כדי לשלב שאריות ציסטאין נוספות או מומחיות בתגובות אנזימטיות על שאריות פחמימות 12,13,14,15,16. ברגע שנוגדן מתויג, חשוב לבדוק אם פעילות חיסונית נשמרת כחלק מהאפיון של ה-rAb. אחת הדרכים למדוד את האימונו-פעילות החיסונית היא לקבוע את הזיקה המחייבת של rAb.
מטרת פרוטוקול זה היא לתאר תהליך לקביעת זיקת האיגוד עבור rAbs באמצעות מבחן רוויה רדיוליגנד מבוסס כדי לכמת את קשירת rAb-antigen. מגמת הכריכה מתוארת באיור 1. כמות האנטיגן הקשורה תגדל ככל שיתווסף יותר rAb לכמות קבועה של אנטיגן משותק. ברגע שכל האתרים הקושרים אנטיגן יהיו רוויים, תגיע מישור, והוספת rAbs נוספים לא תשפיע על כמות האנטיגן הכבול. במודל זה, קבוע הדיסוציאציה של שיווי המשקל (KD) הוא ריכוז הנוגדן התופס מחצית מקולטני האנטיגן17. ה-KD מייצג עד כמה נוגדן נקשר למטרה שלו עם KD נמוך יותר המתאים לזיקה מחייבת גבוהה יותר. בעבר דווח כי rAb אידיאלי צריך להיות KD של 1 ננומולאר או פחות18. עם זאת, rAbs עדכניים יותר פותחו עם KD בתחום הננומולרי הנמוך, ונחשבים מתאימים ליישומי הדמיה לא פולשניים 19,20,21,22. פרמטר נוסף שניתן לקבוע בבדיקת הרוויה הרדיוליגנדית של rAbs הוא Bmax, אשר מתאים לכמות המרבית של קשירת אנטיגן. ניתן להשתמש ב-Bmax כדי לחשב את מספר מולקולות האנטיגן במידת הצורך.
איור 1: עקומת קשירה מייצגת של רוויה. אחוז האנטיגן הקשור מתווה כנגד ריכוזים הולכים וגדלים של נוגדנים שנוספו לכמות קבועה של אנטיגן. חלונות קופצים מדגימים קשירה בנקודות שונות. הריכוז והקשירה המתאימים ל- KD ו- Bmax, בהתאמה, מוצגים. דמות זו נוצרה עם BioRender.com. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
בדיקה זו חשובה במיוחד עבור מבני נוגדנים דו-ספציפיים בעלי תווית רדיו כדי לקבוע את ה-KD עבור כל אזור קושר אנטיגן מקטעי (Fab) של זרוע הנוגדן הדו-ספציפי בעל התוויות הרדיו-תוויות עם האנטיגנים המתאימים שלהם. פרוטוקול זה יכול לשמש כדי לקבוע את KD של כל זרוע Fab בנפרד על אנטיגנים משותקים כדי לאפיין באופן עצמאי אם הזיקה המחייבת של כל זרוע Fab עבור האנטיגן המתאים שלה הושפעה לאחר רדיו-קונסיגנציה. פרוטוקול זה מודגם על ידי שימוש ב- amivantamab עם תווית רדיו- radiolabeled, נוגדן דו-ספציפי לקולטן גורם גדילה אפידרמלי (EGFR) וחלבוני מעבר מזנכימלי-אפיתל ציטופלסמי (cMET)19. נוגדנים חד-זרועיים בעלי תווית רדיו, כאשר זרוע Fab אחת נקשרת ל-EGFR (α-EGFR) או ל-cMET (α-cMET) וזרוע ה-Fab השנייה היא בקרת איזוטיפ, שימשו גם הם כדוגמאות19. פרוטוקול זה מתאים גם לכל נוגדן עם תווית רדיו עם אנטיגן ידוע שיכול להיות משותק. בפרוטוקול זה, סדרת דילול של ה-rAb מתווספת לכמות קבועה של אנטיגן משותק בבארות ייעודיות ספציפיות לכל זרוע Fab של ה-rAb. ה-rAb מתווסף גם לבארות שנחסמו רק עם אלבומין בסרום בקר (BSA), ללא אנטיגן, כדי לקבוע קשירה לא ספציפית. כדי לקבוע קשירה ספציפית, קשירה לא ספציפית לאנטיגן משותק מופחתת מהכריכה הכוללת של rAb. עקומת קשירת הרוויה המתקבלת משמשת לאחר מכן לקביעת KD, כמתואר לעיל.
אחד היתרונות של שיטה זו הוא יכולת שכפול גבוהה יותר בעת שימוש באנטיגנים מטוהרים בהשוואה לשימוש בקווי תאים כמקור לאנטיגנים, בהתחשב בכך שרמות ביטוי אנטיגן עלולות להיות מושפעות במהלך תרבית תאים וכי לקווי תאים שונים יש רמות משתנות של ביטוי אנטיגן. במקרה של נוגדנים דו-ספציפיים בעלי תווית רדיולית, קווי תאים המבטאים רק אחד מהאנטיגנים ללא השני עשויים שלא להיות זמינים, מה שיהפוך את אפיון הזיקה המחייבת של זרועות ה-Fab הבודדות למאתגר מאוד. יש לציין כי היתרון העיקרי של שיטת בדיקת הרדיוליגנד והרוויה על פני שיטות שאינן מתויגות ברדיו הוא האפיון הספציפי של הזיקה המחייבת של ה-rAb ללא התרומה של השבר הלא-מתויג של ה-rAb. למיטב ידיעתם של המחברים, אין כיום טכניקות טיהור להפרדת ה-rAb מהנוגדן הלא-משועבד שלו. בהתחשב בגודל הקטן יחסית של הצ’לטור והרדיונוקליד, תרומתם למשקל המולקולרי הכולל של ה-rAb אינה משמעותית בכרומטוגרפיה של הרחקת גודל. לפיכך, המוצר שנוצר מכל טכניקת radiolabeling הוא כמעט תמיד תערובת של rAb ואת ההורה שלה נוגדן unjujugated. אפיון זיקה מחייבת באמצעות בדיקת הרוויה עם תווית הרדיו מבטיח שהמוצר הנבדק הוא אך ורק rAb.
Protocol
Representative Results
Discussion
כחלק מהפיתוח של rAbs, חשוב לוודא ש-rAb נקשר באופן ספציפי למטרה שלו עם זיקה מחייבת גבוהה. קביעת זיקה מחייבת יכולה ליידע אם האימונו-פעילות החיסונית של ה-rAb מושפעת משילוב רדיו באמצעות בדיקת הרדיוליגנד והרוויה באמצעות אנטיגן משותק. קביעת איגוד rAb ל- BSA יכולה לשמש לכימות קשירה לא ספציפית כדי למדוד קש…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים ל-3D Imaging על הייצור של [89Zr]Zr-oxalate ולד”ר שרי מורס מחברת Janssen Pharmaceuticals על אספקת נוגדנים.
Materials
| Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A9647 | |
| Gamma Counter | Hidex | Hidex Automatic Gamma Counter | |
| GraphPad Prism Software | GraphPad | version 9.2; used for statistical analyses in this study | |
| Immuno Breakable MaxiSorp 96-well plates | Thermo Scientific | 473768 | |
| Microplate Sealing Tape | Corning | 4612 | |
| Microsoft Excel | Microsoft | ||
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Gibco | 14190144 | |
| Sodium Bicarbonate | JT Baker | 3506-01 | |
| Sodium Carbonate | Sigma-Aldrich | S7795 | |
| Tween-20 | Sigma-Aldrich | P7949 |
References
- Krecisz, P., Czarnecka, K., Krolicki, L., Mikiciuk-Olasik, E., Szymanski, P. Radiolabeled Peptides and Antibodies in Medicine. Bioconjugate Chemistry. 32 (1), 25-42 (2021).
- Dun, Y., Huang, G., Liu, J., Wei, W. ImmunoPET imaging of hematological malignancies: From preclinical promise to clinical reality. Drug Discovery Today. 27 (4), 1196-1203 (2022).
- Lohrmann, C., et al. Retooling a Blood-Based Biomarker: Phase I assessment of the high-affinity CA19-9 antibody HuMab-5B1 for immuno-pet imaging of pancreatic cancer. Clinical Cancer Research. 25 (23), 7014-7023 (2019).
- Pandit-Taskar, N., et al. A phase I/II study for analytic validation of 89Zr-J591 immunoPET as a molecular imaging agent for metastatic prostate cancer. Clinical Cancer Research. 21 (23), 5277-5285 (2015).
- Rousseau, C., et al. Initial clinical results of a novel immuno-PET theranostic probe in human epidermal growth factor receptor 2-negative breast cancer. Journal of Nuclear Medicine. 61 (8), 1205-1211 (2020).
- Moek, K. L., et al. Theranostics using antibodies and antibody-related therapeutics. Journal of Nuclear Medicine. 58 (2), 83-90 (2017).
- Chomet, M., van Dongen, G., Vugts, D. J. State of the art in radiolabeling of antibodies with common and uncommon radiometals for preclinical and clinical immuno-PET. Bioconjugate Chemistry. 32 (7), 1315-1330 (2021).
- Kumar, K., Ghosh, A. Radiochemistry, production processes, labeling methods, and immunoPET imaging pharmaceuticals of Iodine-124. Molecules. 26 (2), 414 (2021).
- Vosjan, M. J., et al. Conjugation and radiolabeling of monoclonal antibodies with zirconium-89 for PET imaging using the bifunctional chelate p-isothiocyanatobenzyl-desferrioxamine. Nature Protocols. 5 (4), 739-743 (2010).
- Zeglis, B. M., Lewis, J. S. The bioconjugation and radiosynthesis of 89Zr-DFO-labeled antibodies. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (96), e52521 (2015).
- Wei, W., et al. ImmunoPET: concept, design, and applications. Chemical Reviews. 120 (8), 3787-3851 (2020).
- Tavaré, R., et al. An effective immuno-PET imaging method to monitor CD8-dependent responses to immunotherapy. Cancer Research. 76 (1), 73-82 (2016).
- Tavaré, R., et al. Engineered antibody fragments for immuno-PET imaging of endogenous CD8+ T cells in vivo. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (3), 1108-1113 (2014).
- Zeglis, B. M., et al. Chemoenzymatic strategy for the synthesis of site-specifically labeled immunoconjugates for multimodal PET and optical imaging. Bioconjugate Chemistry. 25 (12), 2123-2128 (2014).
- Zeglis, B. M., et al. Enzyme-mediated methodology for the site-specific radiolabeling of antibodies based on catalyst-free click chemistry. Bioconjugate Chemistry. 24 (6), 1057-1067 (2013).
- Kristensen, L. K., et al. Site-specifically labeled 89Zr-DFO-trastuzumab improves immuno-reactivity and tumor uptake for immuno-PET in a subcutaneous HER2-positive xenograft mouse model. Theranostics. 9 (15), 4409-4420 (2019).
- Maguire, J. J., Kuc, R. E., Davenport, A. P., Davenport, A. P. . Radioligand binding assays and their analysis. in Receptor Binding Techniques. , 31-77 (2012).
- Davenport, A. P., Russell, F. D., Mather, S. J. Radioligand bindsing assays: theory and practice. Current Directions in Radiopharmaceutical Research and Development. , 169-179 (1996).
- Cavaliere, A., et al. Development of [89Zr]ZrDFO-amivantamab bispecific to EGFR and c-MET for PET imaging of triple negative breast cancer. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 48 (2), 383-394 (2021).
- Marquez, B. V., et al. Evaluation of (89)Zr-pertuzumab in breast cancer xenografts. Molecular Pharmaceutics. 11 (11), 3988-3995 (2014).
- Marquez-Nostra, B. V., et al. Preclinical PET imaging of glycoprotein non-metastatic melanoma B in triple negative breast cancer: feasibility of an antibody-based companion diagnostic agent. Oncotarget. 8 (61), 104303-104314 (2017).
- Ghai, A., et al. Development of [(89)Zr]DFO-elotuzumab for immunoPET imaging of CS1 in multiple myeloma. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 48 (5), 1302-1311 (2021).
- McKnight, B. N., et al. Imaging EGFR and HER3 through (89)Zr-labeled MEHD7945A (Duligotuzumab). Scientific Reports. 8 (1), 1-13 (2018).
