* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Gli inibitori del checkpoint sono obiettivi importanti nello sviluppo di terapie per la lotta contro il cancro. Questo rapporto introduce un nuovo vaccino contro il cancro a base di peptide PDL1, PDL1-Vaxx, che induce la produzione di anticorpi policlonali neutralizzanti che bloccano la formazione del complesso PD-1/PDL1. Questo lavoro descrive anche in dettaglio lo sviluppo e il test di un saggio basato su microsfere fluorescenti per l'analisi di questa attività.
L'inibizione dei recettori del checkpoint (PD-1, PD-L1 e CTLA-4) con anticorpi monoclonali ha mostrato grandi benefici negli studi clinici per il trattamento dei pazienti oncologici ed è diventata un approccio fondamentale nella moderna immunoterapia del cancro. Tuttavia, solo un sottogruppo di pazienti risponde all'immunoterapia con anticorpi monoclonali checkpoint. Pertanto, è urgente sviluppare nuove strategie terapeutiche contro il cancro. È stato sviluppato un nuovo vaccino contro il cancro dell'epitopo del peptide a cellule B PDL1 (ligando di morte programmata 1), con gli amminoacidi 130-147 legati al peptide MVF (proteina di fusione del virus del morbillo a cellule T "promiscue") tramite un linker GPSL. I test preclinici hanno indicato che questo vaccino PDL1 (PDL1-Vaxx) stimola efficacemente gli anticorpi altamente immunogenici negli animali. Gli animali immunizzati con PDL1-Vaxx mostrano una riduzione del carico tumorale e tassi di sopravvivenza estesi in vari modelli di cancro animale. I meccanismi d'azione indicano che gli anticorpi inibiti dal vaccino inibiscono la proliferazione delle cellule tumorali, inducono l'apoptosi e bloccano l'interazione PD-1/PD-L1. Questo manoscritto introduce un saggio basato su biglie magnetiche che utilizza un sistema di analisi del flusso a doppio reporter per valutare l'interazione PD-1/PD-L1 e il suo blocco da parte degli anticorpi anti-PDL1 sollevati contro il PDL1-Vaxx.
Nelle cellule T, nelle cellule B e nei checkpoint intracellulari del sistema immunitario, le vie di segnalazione regolano le attività immunitarie. Alcune cellule tumorali si proteggono dall'attacco immunitario stimolando i bersagli dei checkpoint, che inibiscono la funzione immunitaria e promuovono la sopravvivenza e la proliferazione neoplastica. L'immunoterapia oncologica mediante inibizione dei checkpoint utilizza anticorpi per colpire e bloccare i checkpoint di segnalazione e, quindi, ripristinare le funzioni antineoplastiche del sistema immunitario 1,2,3. Le terapie antitumorali altamente efficaci includono attualmente gli anticorpi monoclonali nivolumab, che ha come bersaglio la proteina di morte programmata 1 (PD-1)4, e atezolizumab, che ha come bersaglio il ligando di morte programmata 1 (PD-L1)5. Questo approccio ha dimostrato un grande successo clinico nel trattamento dei pazienti oncologici. Tuttavia, l'utilità clinica delle attuali strategie di inibizione del checkpoint è mitigata dagli eventi avversi e dalla resistenza al trattamento, specialmente nella terapia con un singolo agente6. Una combinazione di immunoterapia e strategie terapeutiche più efficaci con una minore tossicità è urgentemente necessaria nel trattamento del cancro 1,3,6.
Negli ultimi 30 anni, il laboratorio del Dr. Kaumaya ha sviluppato vaccini contro il cancro peptidico e agenti correlati al mimo peptidico per la terapia del cancro, alcuni dei quali sono in studi clinici in corso 1,2,7,8,9,10,11,12,13,14 . Ad esempio, B-Vaxx con immunoterapia di combinazione HER-2 ha mostrato benefici per i pazienti contro tumori solidi metastatici e/o ricorrenti in studi clinici12. Gli ultimi vaccini antitumorali del laboratorio sono PD1-Vaxx 2,13 e PDL1-Vaxx14, che hanno mostrato grandi vantaggi negli studi preclinici, soprattutto nel trattamento combinato. Il PD1-Vaxx ha completato gli studi clinici di dose-escalation negli Stati Uniti e in Australia. Il PD1-Vaxx sarà combinato con atezolizumab nello studio di fase 1b che inizierà a maggio 2023. Questo rapporto si concentra sulla valutazione della capacità degli anticorpi indotti da PDL1-Vaxx di bloccare l'interazione PD-1/PD-L1.
Il vaccino contro il cancro PDL1-Vaxx è un nuovo vaccino epitopo del peptide delle cellule B con gli amminoacidi PD-L1 130-147 collegati al peptide di fusione del virus del morbillo delle cellule T promiscue (MVF) tramite un linker peptidico GPSL. Studi preclinici hanno dimostrato che PDL1-Vaxx è altamente immunogenico nello stimolare la produzione di anticorpi antitumorali in vari modelli animali, prolunga la sopravvivenza e riduce il carico tumorale14. Questi anticorpi generati contro il peptide PD-L1 possono bloccare con successo l'interazione PD1/PD-L1, determinando così un'attività anti-neoplastica. Questo rapporto introduce un test che analizza il blocco della formazione del complesso PD1/PD-L1 da parte degli anticorpi indotti da PDL1-Vaxx utilizzando un formato basato su microsfere magnetiche con una lettura a doppio reporter su uno strumento di citometria a flusso.
1. Preparazione sperimentale
NOTA: I dettagli di tutti i reagenti/apparecchiature menzionati in questo passaggio sono elencati nella Tabella dei materiali.
2. Accoppiamento di rhPD-1 a perline magnetiche
NOTA: La proteina da accoppiare deve essere priva di albumina sierica bovina (BSA), azoturo di sodio, glicina, glicerolo, tris(idrossi-metil)amminometano (Tris) o additivi contenenti ammine e deve essere sospesa in PBS a pH 7,4. È disponibile un kit di accoppiamento commerciale che include tutti i reagenti e i tamponi necessari descritti nel presente documento (vedere la tabella dei materiali).
3. Valutazione del successo dell'accoppiamento rhPD-1 alle perline
NOTA: Le microsfere accoppiate a rhPD-1 vengono fatte reagire con rhPD-L1 biotinilato, l'ultimo dei quali viene rilevato mediante incubazione con SAPE seguita da una valutazione sul citometro a flusso. Ciò verifica sia il successo dell'accoppiamento di PD-1 alle biglie magnetiche sia l'interazione funzionale tra le proteine rhPD-1 e rhPD-L1.
4. Saggio di blocco PD-1/PD-L1 basato su microsfere magnetiche PD-L1
NOTA: Questo test valuta l'attività bloccante dei mediatori solubili (ad esempio, anticorpi anti-PDL1-peptidici) sulle interazioni ricombinanti PD1/PD-L1. In breve, rhPD-L1 biotinilato viene preincubato con anticorpi generati nei conigli dopo diverse inoculazioni di peptidi PDL1-Vaxx. La miscela di anticorpi rhPD-L1 + anti-PDL1 viene quindi catturata utilizzando microsfere magnetiche accoppiate a rhPD-1 e il legame di rhPD-L1 alle perle accoppiate a rhPD-1 viene quantificato mediante l'aggiunta di streptavidina-PE. Il segnale di fluorescenza PE è inversamente correlato con l'attività bloccante degli anticorpi/inibitori anti-PDL1 testati. Il legame dell'anticorpo anti-PDL1-peptide viene simultaneamente valutato mediante il legame di un anticorpo secondario anti-coniglio accoppiato a BV421 (per gli anticorpi anti-peptide PDL1) o anti-umano (per gli anticorpi di controllo) e valutando la fluorescenza BV421 nel secondo canale dello strumento. Le fasi del saggio sono illustrate in dettaglio nella Figura 1.
Figura 1: Schema del saggio di blocco PD-1/PD-L1 a doppio reporter. Il PD-L1 umano ricombinante biotinilato (rhPD-L1) viene pre-incubato con anticorpi anti-PDL1 indotti da PDL1-Vaxx selezionati prima di combinarsi con microsfere magnetiche accoppiate a rhPD-1 per consentire la formazione del complesso del checkpoint PD-1/PD-L1. La rhPD-L1 complessata viene quindi rilevata e marcata con l'aggiunta di ficoeritrina accoppiata a streptavidina (SAPE, fluoroforo arancione). Gli anticorpi contro gli epitopi PDL1-Vaxx hanno come bersaglio rhPD-L1 che si è complessato con rhPD-1 pre-accoppiato alle biglie magnetiche e sono illuminati utilizzando un anticorpo secondario coniugato Brilliant Violet 421 (BV421, fluoroforo blu). Sia gli anticorpi rhPD-L1 biotinilati che sono complessati con PD-1 (segnale PE) che gli anticorpi anti-PDL1 che riconoscono e legano rhPD-L1 (segnale BV421) vengono analizzati contemporaneamente utilizzando uno strumento citometrico a flusso a doppio reporter che interroga i campioni per entrambi i fluorofori in due canali reporter separati. I valori di output per ciascun campione sono l'intensità mediana della fluorescenza di ciascun fluoroforo. L'inibizione della formazione del complesso PD1/PD-L1 da parte di diversi anticorpi indotti da PDL1-Vaxx viene quindi estrapolata confrontando i segnali sperimentali con quelli generati utilizzando un anticorpo monoclonale di controllo negativo che non lega rhPD-L1 (0% di inibizione). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Il test è stato in grado di quantificare con precisione l'inibizione dell'interazione PD-1/PD-L1 da parte di quattro anticorpi policlonali unici, generati contro i peptidi del vaccino rhPD-L1, che sono in fase di studio come potenziali agenti terapeutici del cancro. Lo schema di questo test è riportato nella Figura 1. La quantità di rhPD-L1 biotinilato che si lega alle perle coniugate con rhPD-1 e l'inibizione di questo legame da parte dei quattro candidati anticorpi indotti da PLD1-Vaxx sono stati misurati nel Canale Reporter 1 utilizzando un reagente di rilevamento streptavidina-PE che lega direttamente rhPD-L1 (Figura 2).
Tutti e quattro gli anticorpi policlonali anti-PDL1-peptide hanno bloccato l'interazione rhPD-L1 con PD-1 che era stata immobilizzata su microsfere in misura variabile. La percentuale di inibizione dei diversi anticorpi anti-peptide PDL1 variava dal 48% al 74% alla concentrazione massima testata di 1.000 μg/mL. L'anticorpo monoclonale di controllo positivo atezolizumab ha raggiunto un blocco del 92% dell'interazione PD-1/PD-L1 alla concentrazione massima testata14 di 4 μg/mL (Figura 2). Tutti gli anticorpi sperimentali PDL1-Vaxx hanno mostrato un'inibizione concentrazione-dipendente del legame di rhPD-L1 alle perle coniugate rhPD-1 rispetto a trastuzumab, l'anticorpo di controllo negativo che non si prevedeva interagisse con il sistema PD-1/PD-L1.
Figura 2: Blocco dell'interazione di rhPD-L1 con rhPD-1 accoppiato a biglie magnetiche da parte di anticorpi anti-peptide PDL1, come mostrato da un nuovo test immunologico basato su microsfere fluorescenti. PD-1 umano ricombinante è stato accoppiato a microsfere magnetiche e le perle sono state quindi incubate con rhPD-L1 biotinilato che era stato pre-incubato con diversi anticorpi anti-peptide PDL1. È stato utilizzato un reagente per la rilevazione di streptavidina-ficoeritrina per legare la biotina e, quindi, valutare la quantità relativa di rhPD-L1 disponibile per legarsi a PD-1. Gli anticorpi policlonali allevati nei conigli contro i vaccini peptidici PDL1 (anti-PDL1[36], anti-PDL1[50], anti-PDL1[95] e anti-PDL1[130]) sono stati testati per l'attività inibitoria e hanno mostrato un blocco del 48%-74% delle interazioni ricombinanti PD-1/PD-L1 alla massima concentrazione testata. Atezolizumab (un diverso anticorpo monoclonale anti-PDL1) è stato utilizzato come controllo positivo. L'anticorpo monoclonale commerciale trastuzumab (anti-HER2) non correlato è stato utilizzato come controllo negativo. Questa figura è adattata da Guo et al.14. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Legame comparativo di diversi anticorpi indotti da PDL1-Vaxx a rhPD-L1 complessati con microsfere magnetiche rivestite con rhPD1. L'anticorpo di rilevamento secondario coniugato viola brillante 421 è stato utilizzato per confrontare il legame di diversi anticorpi policlonali anti-PDL1-peptide di coniglio a rhPD-L1 tramite perline rivestite di rhPD-1. Il segnale di fluorescenza blu BV421 è stato registrato nel Canale Reporter 2 dello strumento a doppio reporter; questo segnale è correlato con l'efficienza di legame relativa degli anticorpi sperimentali anti-PDL1-peptide. Trastezumab (anti-HER2), un anticorpo monoclonale che ha come bersaglio un checkpoint diverso da PD-1/PD-L1, è stato utilizzato come controllo negativo. L'MFI rappresenta l'intensità media di fluorescenza delle microsfere, misurata in pozzetti di reazione duplicati per condizione. Questa figura è adattata da Guo et al.14. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Le capacità relative dei quattro anticorpi candidati sperimentali indotti da PDL1-Vaxx di legare rhPD-L1 sono state confrontate utilizzando un sistema di rilevamento separato (IgG anti-coniglio coniugato con BV421) che è stato valutato sul secondo canale reporter dello strumento. Questi risultati hanno indicato che tutti e quattro gli anticorpi policlonali anti-PDL1-peptide si legano a rhPD-L1 in modo concentrazione-dipendente14 (Figura 3). L'anticorpo anti-PDL1(130) ha mostrato il più alto segnale di legame rhPDL1 tra i quattro candidati anticorpi indotti da PDL1-Vaxx.
Lo scopo dell'immunoterapia del cancro correlata al checkpoint è quello di interrompere l'interazione tra le proteine del checkpoint e i loro importanti ligandi nella sopravvivenza e nella progressione del tumore2. Questo gruppo di ricerca sta attivamente sviluppando nuovi vaccini PD-1 e PD-L1 che suscitano una risposta anticorpale che prende di mira e interrompe il checkpointPD-1/PD-L1 3,8,13,14. In precedenza, sono state eseguite due varianti di saggi di immunoassorbimento enzimatico (ELISA) per valutare gli effetti degli anticorpi anti-peptide PDL1 sull'inibizione dell'interazione ricombinante PD1/PD-L114. (1) Nella prima variante, rhPD-L1 è stato rivestito su una piastra per microtitolazione, quindi la piastra è stata incubata con anticorpi diluiti indotti dal candidato vaccino anti-PDL1. L'inibizione dell'interazione ricombinante PD-1/PD-L1 da parte degli anticorpi è stata quindi valutata aggiungendo rhPD-1 biotinilato e quantificando il legame con rhPD-L1 immobilizzato utilizzando un coniugato streptavidina-perossidasi di rafano e un substrato colorimetrico. Lo abbiamo definito come il test del blocco diretto. (2) Nella seconda variante, PD-1 è stato rivestito sulla piastra per microtitolazione. rhPD-L1 biotinilato è stato pre-incubato con ciascuno degli anticorpi policlonali indotti dal candidato anti-PLD1 in provette di reazione separate. Le miscele rhPDL1/anti-PDL1 sono state quindi aggiunte ai pozzetti a piastre contenenti rhPD-1 immobilizzato e lasciate reagire. Qualsiasi rhPDL1 che ha reagito con rhPD-1 immobilizzato in presenza degli anticorpi indotti da PDL1-Vaxx potenzialmente bloccanti è stato rilevato con successiva streptavidina-HRP e incubazione colorimetrica del substrato. Lo abbiamo definito come il test di blocco inverso.
Il blocco inverso dell'interazione ricombinante PD-1/PD-L1 da parte degli anticorpi anti-PDL1-peptide ha mostrato l'inibizione del segnale (cioè il blocco PD-1/PD-L1) in modo dipendente dalla concentrazione dell'anticorpo14, mentre l'approccio del blocco diretto non ha fornito risultati coerenti (non mostrato). Il test di blocco dual-reporter basato su microsfere è stato sviluppato per verificare i risultati ELISA e per studiare il blocco dell'interazione PD-1/PD-L1 in una fase fluida, che elimina i potenziali problemi di ostacolo sterico/disponibilità dell'epitopo di legame associati all'immobilizzazione delle proteine ricombinanti sul fondo del pozzo. L'analisi delle microsfere è stata direttamente correlata ai risultati del blocco ELISA utilizzando il saggio di blocco inverso (Figura 2). Inoltre, i test immunologici basati sulla fluorescenza possono fornire una migliore sensibilità del test e un intervallo dinamico più ampio rispetto agli ELISA colorimetrici18 e, inoltre, il test basato su microsfere multiplexate consente l'esecuzione simultanea di due test immunologici indipendenti all'interno di una singola reazione. Il sulfo-NHS e l'EDC utilizzati per l'accoppiamento covalente delle microsfere a rhPD-1 potrebbero aver portato alle differenze di prestazioni osservate tra i saggi di blocco diretto e di blocco inverso e le differenze di sensibilità osservate tra i saggi di interazione PD-1/PD-L1 ricombinante basati su microsfere ELISA e Luminex. Ulteriori indagini a livello chimico e molecolare sono necessarie per studiare i possibili meccanismi responsabili di queste differenze.
Sia lo studio ELISA14 che i saggi basati su microsfere dimostrano che gli anticorpi anti-PDL1-PDL1 indotti da PDL1-Vaxx possono inibire la formazione del complesso del checkpoint PD1/PD-L1. Il PDL1-Vaxx a base di peptidi induce con successo anticorpi anti-PDL1 che possono bloccare l'interazione PD-1/PD-L1. Questo approccio può servire come nuova strategia terapeutica per il trattamento del cancro, come supportato da studi preclinici sugli animali 3,13,14. Gli studi clinici pianificati determineranno l'efficacia del PDL1-Vaxx per l'immunoterapia del checkpoint e il controllo della malattia nei pazienti oncologici.
Pravin T.P. Kaumaya è un consulente di Imugene, Ltd.
Gli autori ringraziano Sherry Dunbar PhD, MBA di Luminex Corporation (Austin, TX) per il supporto alla ricerca e Matthew Silverman PhD di Biomedical Publishing Solutions (Panama City, FL; mattsilver@yahoo.com) per l'assistenza scientifica e di scrittura. Questo lavoro è stato sostenuto da premi a Pravin T. P. Kaumaya del National Institutes of Health (R21 CA13508 e R01 CA84356) e Imugene Ltd, Sydney, Australia (OSU 900600, GR110567 e GR124326).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Buffers | |||
Activation Buffer: 0.1 M NaH2PO4, pH 6.2 | Millipore/Sigma | S3139 | |
Assay/Wash Buffer: PBS-TBN (1x PBS, pH 7.4 + 0.1% BSA + 0.05 % (v/v) Tween-20; 0.05% NaN3) | Millipore/Sigma | P3563 (PBS+Tween20), A7888 (Bovine serum albumin), S8032 (sodium azide) | |
Coupling Buffer: 50 mM 2-morpholinoethanesulfonic acid (MES), pH 5.0 | MilliporeSigma | M2933 | |
Coupling Reagents | |||
1-Ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride (EDC) | ThermoFisher Scientific (Waltham, MA) | 77149 | |
xMAP Antibody Coupling Kit (if desired), includes: | Luminex Corp. (Austin, TX) | 40-50016 | |
EDC, 10 mg | |||
sNHS solution, 250 µL | |||
Activation/Coupling Buffer: 0.1 M 2-morpholinoethanesulfonic acid (MES), pH 6.0 | |||
Wash Buffer: 1x PBS, pH 7.4 + 0.1% BSA + 0.05 % (v/v) Tween-20; 0.05% NaN3 (PBS-TBN) | |||
Sulfo-NHS (N-hydroxysulfosuccinimide) | ThermoFisher Scientific (Waltham, MA) | 24510 | |
Instrumentation and Ancillary Lab Supplies | |||
xMAP INTELLIFLEX (dual-reporter instrument) | Luminex Corp. (Austin, TX) | INTELLIFLEX-DRSE-RUO | |
Low protein-binding round bottom 96-well plate | ThermoFisher Scientific (Waltham, MA) | 07-200-761 | |
Luminex Magnetic Plate Separator (or comparable) | Luminex Corp. (Austin, TX) | CN-0269-01 | |
Luminex Magnetic Tube Separator (or comparable) | Luminex Corp. (Austin, TX) | CN-0288-01 | |
MagPlex Microspheres (magnetic, fluorescent, 6.5-µm-diameter beads) | Luminex Corp. (Austin, TX) | MC-1**** (varies by bead label) | |
Protein LoBind microcentrifuge tubes | ThermoFisher Scientific (Waltham, MA) | 022431081 | |
Peptides, Antibodies, & Detection Reagents | |||
Atezolizumab (humanized anti-PDL1 IgG1 monoclonal antibody), positive control | Genentech/Roche (San Francisco, CA) | n/a (prescription medications) | |
Biotinylated recombinant human PDL1 | Sino Biological (Wayne, PA) | 10084-H49H-B | |
Brilliant Violet 421-congugated donkey anti-human IgG | Jackson Immunoresearch Laboratories Inc. (Westgrove, PA) | 709-675-149 | |
Brilliant Violet 421-congugated donkey anti-rabbit IgG | Jackson Immunoresearch Laboratories Inc. (Westgrove, PA) | 711-675-152 | |
Recombinant human PD-1 (poly-histidine tagged) | Acro Biosystems (Newark, DE) | PD1-H5256 | |
Streptavidin-conjugated R-phycoerythrin (SAPE) | Agilent (Santa Clara, CA) | PJRS34-1 | |
Trastuzumab (Herceptin, humanized anti-HER2 monoclonal antibody), negative control | Genentech/Roche (San Francisco, CA) | n/a (prescription medications) |
Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi AutorizzazioneEsplora altri articoli
This article has been published
Video Coming Soon