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* 这些作者具有相同的贡献
本研究开发了一种非侵入性和实时方法,基于[68Ga] D-十二肽拮抗剂的正电子发射断层成像,评估程序性死亡配体1在全身的分布。与传统的免疫组化相比,该技术具有优势,并提高了识别将从免疫检查点阻断疗法中受益的合适患者的效率。
近年来,基于程序性细胞死亡蛋白 1 (PD-1)/程序性死亡配体 1 (PD-L1) 的免疫检查点阻断疗法的发展彻底改变了癌症治疗。然而,由于 PD-L1 在肿瘤细胞中的异质表达,只有一小部分患者对 PD-1/PD-L1 抑制剂有反应。这种异质性给常用的免疫组化(IHC)方法精确检测肿瘤细胞带来了挑战。这种情况需要更好的方法来对将从免疫检查点阻断疗法中受益的患者进行分层,以提高治疗效果。正电子发射断层扫描 (PET) 能够以非侵入性方式实时可视化全身 PD-L1 表达。因此,需要开发放射性标记的示踪剂,通过PET成像检测PD-L1在肿瘤中的分布。
与L-肽相比,右旋(D)肽具有蛋白水解抗性和显著延长的代谢半衰期等特性。本研究设计了一种基于 68个Ga标记的PD-L1靶向D肽(一种D-十二肽拮抗剂(DPA))的PET成像检测PD-L1表达的新方法。结果表明,[68Ga]DPA 在体内可特异性结合PD-L1过表达的肿瘤,并显示出良好的稳定性和优异的成像能力,表明[68Ga]DPA-PET是评估肿瘤中PD-L1状态的一种有前途的方法。
免疫检查点蛋白的发现是肿瘤治疗的突破,并导致了免疫检查点阻断疗法发展的重大进展1。程序性细胞死亡蛋白 1 (PD-1) 和程序性死亡配体 1 (PD-L1) 是美国食品和药物管理局 (FDA) 批准的多种抗体的潜在药物靶点。PD-1 由肿瘤浸润免疫细胞表达,例如 CD4+、CD8+ T 细胞和调节性 T 细胞。PD-L1 是 PD-1 配体之一,在多种肿瘤细胞中过表达 2,3。PD-1 和 PD-L1 之间的相互作用使 PD-1 失活,从而抑制抗肿瘤免疫反应4。这些发现表明,抑制PD-L1可以提高免疫细胞的杀伤效果并消除肿瘤细胞5。目前,显色免疫组化 (IHC) 是识别最有可能对免疫检查点治疗有反应的患者的最常用方法 6,7。然而,由于 PD-L1 在肿瘤细胞中的异质表达,活检的 IHC 结果无法提供有关患者 PD-L1 表达的准确信息8。先前的研究报告称,只有 20%-40% 的患者从免疫检查点阻断疗法中获得长期益处 1,9,10。因此,迫切需要开发一种新方法来规避这些免疫检查点蛋白的异质性表达引起的假阴性结果。
分子成像技术,如正电子发射断层扫描(PET),能够以非侵入性方式实时观察整个身体,因此可以优于传统的IHC方法11,12,13。放射性标记的抗体、肽和小分子是监测癌症患者 PD-L1 表达的有前途的示踪剂 14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25.FDA 已批准三种 PD-L1 治疗性单克隆抗体:avelumab、atezolizumab 和 durvalumab26。基于这些抗体的免疫PET示踪剂已被充分记录在案27,28,29,30,31,32。早期临床试验显示,由于不利的药代动力学30,临床应用的价值有限。与抗体相比,肽在血液和器官中清除健康器官的速度更快,并且可以很容易地进行化学修饰33。已报道了对 PD-1/PD-L1 具有高亲和力的多种肽2;WL12 是一种已报道的肽,显示出与 PD-L134 的特异性结合。据报道,放射性标记的示踪剂 [64Cu]WL12、[68Ga]WL12 和 [18F]FPyWL12 显示出高体内特异性肿瘤靶向能力,从而可以收获肿瘤中 PD-L1 表达的高质量图像 26,35,36,37。此外,对放射性标记的 WL12 的首次人体评估表明,[68Ga]WL12(由 NOTA 螯合)在临床肿瘤成像方面具有安全有效的潜力38。由于其高疏水性和在健康肝脏中的高摄取性,WL12的临床应用有限。其他与 PD-L1 特异性结合的放射性标记肽,如 TPP1 和 SETSKSF,也显示出潜在的稳定性和特异性,可可视化全身 PD-L1表达 39,40。然而,未修饰的肽很容易被蛋白酶降解,并被肾脏迅速代谢。由于左旋(L)肽的稳定性较差,右旋(D)肽已被广泛用作有效的介质41,42,43。D-肽对蛋白水解降解具有超强的抵抗力,并且具有显着延长的代谢半衰期。与L-对应物相比,D-肽大多表现出特异性结合能力44,45,46。
本研究设计了一种检测 PD-L1 表达的新方法,基于 68Ga 标记的 PD-L1 靶向 D 肽、D-十二肽拮抗剂 (DPA) 的 PET 成像,在荷瘤小鼠模型 47 中。首先在磷酸盐缓冲盐水(PBS)和小鼠血清中研究了[68Ga]DPA的稳定性,然后测试了[68Ga]DPA在PD-L1过表达肿瘤中的结合亲和力。此后,在胶质母细胞瘤异种移植模型中进行 PET 成像,以确认 [68Ga]DPA 是否是监测肿瘤中 PD-L1 表达的理想 PET 示踪剂。PET成像和DPA的结合不仅为克服PD-L1异质表达相关的挑战提供了一种新方法,而且还为开发基于D肽的放射性示踪剂奠定了基础。
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动物实验程序经南京医科大学动物伦理委员会或美国量子科学技术研究院批准。小鼠实验严格按照实验动物护理和使用委员会的机构准则进行。
1. 多肽合成
2. 68Ga放射性标记
注 68Ga是在南京第一医院(中国南京)使用 68Ge/68Ga发生器在内部产生的。
3.示踪剂稳定性试验
4. 流式细胞术分析PD-L1表达
5. 免疫细胞化学
6. 细胞摄取与抑制实验
7. PET成像
注意:使用微型 PET 扫描仪进行小动物 PET 成像,该扫描仪提供 159 个横向轴向切面,间隔 0.796 毫米(中心到中心),水平视野为 10 厘米,轴向视野为 12.7 厘米。在列表模式下收集的所有数据都组织成三维正弦图。然后将傅里叶重新组合成二维正弦图(帧×分钟:4 × 1、8 × 2、8 × 5)。
8. 离体 生物分布
9. 免疫组化
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[68Ga]DPA 放射性标记和稳定性
模型肽 DPA 是一种有效的 PD-L1 拮抗剂。DOTA-DPA纯度>95%,收率为68%。实验观察到DOTA-DPA的质量为1,073.3([M+2H]2+)。 68镓被认为是一种合适的放射性核素,用于标记用于 PET 成像的肽,因此被选为本研究对象。为了用 68Ga(半衰期:68分钟)对DPA进行放射性标记,合成了DOTA-PEG3-DPA(图1A
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该方法中描述的关键步骤包括将 68Ga 有效标记为 DPA,并选择合适的 PET 成像时间窗口,该时间窗口必须与肿瘤中 DPA 的药效学模式完全匹配。
与 IHC 相比,PET 成像能够以无创方式实时检测全身 PD-L1 表达,从而可以可视化异质性肿瘤中的每个阳性区域 6,7。选择肽作为配体,以避免抗体和小分子的缺点。大分子量的抗体一般循...
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没有宣布任何竞争利益。
本研究得到了中国医学科学院非营利性中央研究所基金(编号:2022-RC350-04)和中国医学科学院医学科学创新基金(编号:2021-I2M-1-026、2022-I2M-1-026-1、02120101、02130101和2022-I2M-2-002)的支持。
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid (DOTA) | Merck | 60239-18-1 | 68Ga chelation |
3,3-diaminobenzidine (DAB) Kit | Sigma-Aldrich | D7304-1SET | Immunohistochemistry |
anti-PD-L1 monoclonal antibody | Wuhan Proteintech | 17952-1-ap | Immunohistochemistry: primary antibody |
BMS202 | Selleck | 1675203-84-5 | Competitive binding assay: inhibitor |
BSA | Merck | V900933 | Immunofluorescent : blocking |
DAPI | Merck | D9542 | Immunofluorescent: staining of nucleus |
Dichloromethane (DCM) | Merck | 34856 | Solvent |
DIPEA | Merck | 3439 | Peptide coupling |
EDC·HCl | Merck | E6383 | Activation of DOTA |
FBS | Gibco | 10099 | Cell culture: supplement |
FITC-conjugated anti-human IgG Fc Antibody | Biolegend | 409310 | Immunofluorescent: secondary antibody |
FITC-conjugated anti PD-L1 antibody | Biolegend | 393606 | Flow cytometry: direct antibody |
HCTU | Energy Chemical | E070004-25g | Peptide coupling |
HRP labeled goat anti-rabbit antibody | Servicebio | GB23303 | Immunohistochemistry: secondary antibody |
Hydroxysuccinimide (NHS) | Merck | 130672 | Activation of DOTA |
MeCN | Merck | PHR1551 | Solvent |
Morpholine | Merck | 8.06127 | Fmoc- deprotection |
NMP | Merck | 8.06072 | Solevent |
Paraformaldehyde | Merck | 30525-89-4 | Fixation of tissues |
PBS | Gibco | 10010023 | Cell culture: buffer |
Penicillin-streptomycin | Gibco | 10378016 | Cell culture: supplement |
RIA tube | PolyLab | P10301A | As tissue sample container |
RPMI-1640 medium | Gibco | 11875093 | Cell culture: basic medium |
Sodium acetate | Merck | 1.06264 | Salt for buffer |
Trypsin-EDTA | Gibco | 25200056 | Cell culture: dissociation agent |
U87MG cell line | Procell Life Science & Technology Co | CL-0238 | Cell model |
Equipment | |||
68Ge/68Ga generator | Isotope Technologies Munich, ITM | Not applicable | Generation of [68Ga] |
Autogamma counter | Perkin Elmer | Wizard2 | Detection of radioactivity |
Confocal fluorescent microscopy | Keyence | Observation of immunofluorescent results | |
Flow cytometer | Becton Dickinson, BD | LSRII | Monitoring the PD-L1 positive cells |
High-performance liquid chromatography (HPLC) | SHIMAZU | LC-20AT | Purification of DPA peptide |
PET scanner | Siemens Medical Solutions | Inveon MultiModality System | PET imaging |
Optical microscopy | Nikon | Eclipse E100 | Observation of immunohistochemistry results |
Solid phase peptide synthesizer | Promega Vac-Man Laboratory Vacuum Manifold | LOT#11101 | Synthesis of DPA-DOTA peptide |
Software | |||
ASIPro | Siemens Medical Solutions | Not applicable | Analysis of PET-CT results |
FlowJo | Becton Dickinson, BD | FlowJo 7.6.1 | Analysis of the flow cytometer results |
Inveon Acquisition Workplace (IAW) | Siemens Medical Solutions | Not applicable | Management of PET mechine |
Prism | Graphpad | Prism 8.0 | Analysis of the data |
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