Ингибиторы контрольных точек являются важными мишенями при разработке методов борьбы с раком. В настоящем докладе представлена новая противораковая вакцина PDL1-Vaxx на основе пептида PDL1, которая индуцирует выработку нейтрализующих поликлональных антител, блокирующих образование комплекса PD-1/PDL1. В этой работе также подробно описана разработка и тестирование флуоресцентного анализа на основе шариков для анализа этой активности.
Ингибирование рецепторов контрольных точек (PD-1, PD-L1 и CTLA-4) моноклональными антителами показало большую пользу в клинических исследованиях для лечения онкологических больных и стало основным подходом в современной иммунотерапии рака. Тем не менее, только подгруппа пациентов реагирует на иммунотерапию моноклональными антителами в контрольных точках. Поэтому необходимо срочно разрабатывать новые терапевтические стратегии против рака. Была разработана новая противораковая вакцина PDL1 (лиганд запрограммированной смерти 1) с аминокислотами 130-147, связанными с пептидом MVF («беспорядочный» Т-клеточный белок слияния вируса кори) через GPSL-линкер. Доклинические испытания показали, что эта вакцина PDL1 (PDL1-Vaxx) эффективно стимулирует высокоиммуногенные антитела у животных. Животные, иммунизированные PDL1-Vaxx, демонстрируют снижение опухолевой нагрузки и более высокие показатели выживаемости в различных моделях рака у животных. Механизмы действия указывают на то, что антитела, вызванные вакциной, ингибируют пролиферацию опухолевых клеток, индуцируют апоптоз и блокируют взаимодействие PD-1/PD-L1. В данной статье представлен анализ на основе магнитных шариков, в котором используется система анализа потока с двумя репортерами для оценки взаимодействия PD-1/PD-L1 и его блокады антителами к PDL1, вырабатываемыми против PDL1-Vaxx.
В Т-клетках, В-клетках и внутриклеточных контрольных точках иммунной системы сигнальные пути регулируют иммунную активность. Некоторые раковые клетки защищают себя от иммунной атаки, стимулируя контрольные точки-мишени, которые подавляют иммунную функцию и способствуют выживанию и пролиферации опухолей. Иммунотерапия онкологических заболеваний путем ингибирования контрольных точек использует антитела для нацеливания и блокировки сигнальных контрольных точек и, таким образом, восстановления противоопухолевых функций иммунной системы 1,2,3. Высокоэффективные противораковые препараты в настоящее время включают моноклональные антитела ниволумаб, которые нацелены на белок запрограммированной смерти 1 (PD-1)4, и атезолизумаб, который нацелен на лиганд запрограммированной смерти 1 (PD-L1)5. Такой подход показал большой клинический успех в лечении онкологических больных. Тем не менее, клиническая полезность существующих стратегий ингибирования контрольных точек смягчается нежелательными явлениями и резистентностью к лечению, особенно при терапии одним препаратом6. При лечении рака срочно требуется сочетание иммунотерапии и более эффективных терапевтических стратегий с меньшей токсичностью 1,3,6.
За последние 30 лет лаборатория доктора Каумайя разработала пептидные противораковые вакцины и связанные с пептидами агенты для терапии рака, некоторые из которых находятся в стадии клинических испытаний 1,2,7,8,9,10,11,12,13,14 . Например, в клинических испытаниях B-Vaxx в сочетании с комбинированной иммунотерапией HER-2 показала преимущества для пациентов в отношении метастатических и/или рецидивирующих солидных опухолей12. Новейшими противораковыми вакцинами лаборатории являются PD1-Vaxx 2,13 и PDL1-Vaxx14, которые показали большие преимущества в доклинических исследованиях, особенно при комбинированном лечении. Вакцина PD1-Vaxx завершила клинические испытания с повышением дозы в США и Австралии. PD1-Vaxx будет сочетаться с атезолизумабом в исследовании фазы 1b, которое начнется в мае 2023 года. Этот отчет посвящен оценке способности антител, индуцированных PDL1-Vaxx, блокировать взаимодействие PD-1/PD-L1.
Противораковая вакцина PDL1-Vaxx представляет собой новую эпитопную вакцину на основе В-клеточного пептида с аминокислотами PD-L1 130-147, связанными с неразборчивым пептидом слияния Т-клеточного вируса кори (MVF) через пептидный линкер GPSL. Доклинические исследования показали, что PDL1-Vaxx обладает высокой иммуногенностью, стимулируя выработку противораковых антител на различных животных моделях, продлевает выживаемость и снижает опухолевую нагрузку14. Эти антитела, вырабатываемые против пептида PD-L1, могут успешно блокировать взаимодействие PD1/PD-L1, что приводит к противоопухолевой активности. В этом отчете представлен анализ, который анализирует блокаду образования комплекса PD1/PD-L1 антителами, индуцированными PDL1-Vaxx, с использованием формата на основе магнитных шариков с двойным репортерным считыванием на приборе для проточной цитометрии.
1. Подготовка эксперимента
ПРИМЕЧАНИЕ: Подробная информация обо всех реагентах/оборудовании, упомянутых на этом этапе, приведена в таблице материалов.
2. Соединение rhPD-1 с магнитными шариками
ПРИМЕЧАНИЕ: Соединяемый белок не должен содержать бычьего сывороточного альбумина (BSA), азида натрия, глицина, глицерина, трис(гидрокси-метил)аминометана (Tris) или аминосодержащих добавок и должен быть суспендирован в PBS при pH 7,4. Доступен коммерческий комплект муфт, который включает в себя все необходимые реагенты и буферы, описанные в настоящем документе (см. таблицу материалов).
3. Оценка успешного соединения rhPD-1 с шариками
ПРИМЕЧАНИЕ: Микросферы, связанные с rhPD-1, вступают в реакцию с биотинилированным rhPD-L1, последний из которых обнаруживается путем инкубации с SAPE с последующей оценкой на проточном цитометре. Это подтверждает как успешное связывание PD-1 с магнитными шариками, так и функциональное взаимодействие между белками rhPD-1 и rhPD-L1.
4. Блокирующий анализ PD-L1 на основе магнитных шариков PD-1/PD-L1
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот анализ оценивает блокирующую активность растворимых медиаторов (например, анти-PDL1-пептидных антител) на рекомбинантные взаимодействия PD1/PD-L1. Вкратце, биотинилированный rhPD-L1 предварительно инкубируют с антителами, вырабатываемыми у кроликов после различных инокуляций пептидов PDL1-Vaxx. Затем смесь антител rhPD-L1 + анти-PDL1 захватывают с помощью магнитных шариков, связанных с rhPD-1, а связывание rhPD-L1 с шариками, связанными с rhPD-1, количественно определяют путем добавления стрептавидина-ПЭ. Сигнал флуоресценции ПЭ обратно коррелирует с блокирующей активностью исследуемых антител/ингибиторов PDL1. Связывание антител к пептиду к PDL1 оценивается одновременно путем связывания вторичного антитела к кролику (для антител к пептиду PDL1) или к человеку (для контрольных антител) и путем оценки флуоресценции BV421 во втором канале прибора. Этапы анализа наглядно представлены на рисунке 1.
Рисунок 1: Схема двухрепортерного блокадного анализа PD-1/PD-L1. Биотинилированный рекомбинантный человеческий PD-L1 (rhPD-L1) предварительно инкубируют с выбранными антителами PDL1-Vaxx, индуцированными анти-PDL1, а затем соединяют с магнитными шариками, связанными с rhPD-1, чтобы обеспечить образование комплекса контрольных точек PD-1/PD-L1. Затем обнаруживается и маркируется комплексированный rhPD-L1 с добавлением стрептавидин-связанного фикоэритрина (SAPE, оранжевый флуорофор). Антитела против эпитопов PDL1-Vaxx нацелены на rhPD-L1, который интегрировался в rhPD-1, предварительно связанный с магнитными шариками, и они подсвечиваются с помощью вторичного антитела, конъюгированного Brilliant Violet 421 (BV421, синий флуорофор). Как биотинилированные rhPD-L1, которые комплексируются с PD-1 (сигнал PE), так и антитела против PDL1, которые распознают и связывают rhPD-L1 (сигнал BV421), анализируются одновременно с помощью двухрепортерного проточного цитометрического прибора, который опрашивает образцы на наличие обоих флуорофоров в двух отдельных репортерных каналах. Выходные значения для каждого образца представляют собой медианную интенсивность флуоресценции каждого флуорофора. Ингибирование образования комплекса PD1/PD-L1 различными антителами, индуцированными PDL1-Vaxx, затем экстраполируют путем сравнения экспериментальных сигналов с сигналами, полученными с помощью моноклонального антитела с отрицательным контролем, которое не связывается с rhPD-L1 (ингибирование 0%). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Анализ позволил точно количественно оценить ингибирование взаимодействия PD-1/PD-L1 четырьмя уникальными поликлональными антителами, вырабатываемыми против пептидов вакцины rhPD-L1, которые изучаются в качестве потенциальных терапевтических агентов для лечения рака. Схема этого анализа представлена на рисунке 1. Количество биотинилированного рПД-L1, которое связывалось с рПД-1-конъюгированными шариками, и ингибирование этого связывания четырьмя кандидатами в антитела, индуцированные PLD1-Vaxx, измеряли в канале Reporter Channel 1 с использованием реагента для обнаружения стрептавидина-ПЭ, который непосредственно связывал рПД-L1 (рис. 2).
Все четыре поликлональных анти-PDL1-пептидных антитела блокировали взаимодействие rhPD-L1 с PD-1, который был иммобилизован на микросферах в различной степени. Процент ингибирования различных антител к пептидам PDL1 варьировал от 48% до 74% при максимальной испытанной концентрации 1000 мкг/мл. Положительное контрольное моноклональное антитело атезолизумаб достигло 92% блокады взаимодействия PD-1/PD-L1 при максимальной испытанной концентрации14 4 мкг/мл (рис. 2). Все экспериментальные антитела к PDL1-Vaxx показали концентрационно-зависимое ингибирование связывания rhPD-L1 с конъюгированными гранулами rhPD-1 по сравнению с трастузумабом, отрицательным контрольным антителом, которое, как ожидалось, не будет взаимодействовать с системой PD-1/PD-L1.
Рисунок 2: Блокада взаимодействия rhPD-L1 с rhPD-1 в сочетании с магнитными шариками антителами к PDL1-пептиду, как показано в новом иммуноанализе на основе флуоресцентных шариков. Рекомбинантный человеческий PD-1 соединяли с магнитными микросферами, а затем гранулы инкубировали с биотинилированным rhPD-L1, который был предварительно инкубирован с различными антителами к PDL1-пептиду. Для связывания биотина и, таким образом, оценки относительного количества rhPD-L1, доступного для связывания с PD-1, использовали реагент для обнаружения стрептавидина-фикоэритрина. Поликлональные антитела, выращенные у кроликов против пептидных вакцин PDL1 (анти-PDL1 [36], анти-PDL1 [50], анти-PDL1 [95] и анти-PDL1 [130]) были протестированы на ингибирующую активность и показали 48%-74% блокаду рекомбинантных взаимодействий PD-1 / PD-L1 при самой высокой протестированной концентрации. В качестве положительного контроля использовали атезолизумаб (другое моноклональное антитело против PDL1). В качестве отрицательного контроля использовали неродственное коммерческое моноклональное антитело трастузумаб (анти-HER2). Эта цифра адаптирована из Guo et al.14. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Сравнительное связывание различных PDL1-Vaxx-индуцированных антител к rhPD-L1 в комплексе с магнитными шариками с покрытием rhPD1. Блестяще-фиолетовое 421-конъюгированное вторичное антитело было использовано для сравнения связывания различных поликлональных анти-PDL1-пептидных антител кроликов к рПД-L1 через шарики, покрытые рПД-1. Синий флуоресцентный сигнал BV421 был зарегистрирован в репортерном канале 2 двухрепортерного прибора; этот сигнал коррелирует с относительной эффективностью связывания экспериментальных антител к PDL1-пептиду. Трастесумаб (анти-HER2), моноклональное антитело, которое нацелено на контрольную точку, отличную от PD-1/PD-L1, использовали в качестве отрицательного контроля. MFI представляет собой среднюю медианную интенсивность флуоресценции шарика, которая была измерена в дублирующих реакционных лунках для каждого состояния. Эта цифра адаптирована из Guo et al.14. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Относительные способности четырех экспериментальных PDL1-Vaxx-индуцированных антител-кандидатов связывать rhPD-L1 сравнивали с помощью отдельной системы детектирования (BV421-конъюгированный антикроличий IgG), которая оценивалась по второму репортерному каналу прибора. Эти результаты показали, что все четыре поликлональных антитела к пептиду PDL1 связываются с rhPD-L1 в зависимости от концентрации14 (рис. 3). Антитело к PDL1(130) показало самый высокий сигнал связывания с rhPDL1 из четырех кандидатов на антитела, индуцированные PDL1-Vaxx.
Целью иммунотерапии рака, связанной с контрольными точками, является нарушение взаимодействия между белками контрольных точек и их важными лигандами в выживаемости и прогрессировании опухоли2. Эта исследовательская группа активно разрабатывает новые вакцины PD-1 и PD-L1, которые вызывают ответ антител, который нацелен на контрольную точку PD-1/PD-L1 3,8,13,14 и прерывает ее. Ранее были проведены две вариации иммуноферментного анализа (ИФА) для оценки влияния антител к анти-PDL1-пептиду на ингибирование рекомбинантного взаимодействия PD1/PD-L114. (1) В первом варианте rhPD-L1 наносили на микротитровую пластину, а затем инкубировали с разбавленными антителами-кандидатами против PDL1. Ингибирование рекомбинантного взаимодействия PD-1/PD-L1 антителами затем оценивали путем добавления биотинилированного rhPD-1 и количественного определения связывания с иммобилизованным rhPD-L1 с использованием конъюгата стрептавидин-хрен-пероксидазы и колориметрического субстрата. Мы определили это как анализ прямой блокады. (2) Во втором варианте PD-1 наносили на микротитровую пластину. Биотинилированный rhPD-L1 предварительно инкубировали с каждым из поликлональных антител, индуцированных анти-PLD1, в отдельных реакционных пробирках. Затем смеси rhPDL1/анти-PDL1 добавляли в пластинчатые лунки, содержащие иммобилизованный rhPD-1, и давали им вступить в реакцию. Любой рПДЛ1, который реагировал с иммобилизованным рПД-1 в присутствии потенциально блокирующих антител, индуцированных PDL1-Vaxx, выявлялся при последующей инкубации стрептавидин-ГРП и колориметрического субстрата. Мы определили это как анализ обратной блокады.
Обратная блокада рекомбинантного взаимодействия PD-1/PD-L1 антителами к пептиду PDL1 показала ингибирование сигнала (т.е. блокады PD-1/PD-L1) в зависимости от концентрации антител14, в то время как подход с прямой блокадой не дал последовательных результатов (не показан). Для верификации результатов ИФА и исследования блокады взаимодействия PD-1/PD-L1 в жидкой фазе был разработан двухрепортерный блокадный анализ на основе шариков, который устраняет потенциальные проблемы с помехой/доступностью эпитопов связывания, связанные с иммобилизацией рекомбинантных белков на забое скважин. Микросферный анализ напрямую коррелировал с результатами блокады ИФА с помощью обратного блокадного анализа (рис. 2). Кроме того, флуоресцентные иммуноанализы могут обеспечить улучшенную чувствительность анализа и расширенный динамический диапазон по сравнению с колориметрическими ИФА18, и, кроме того, мультиплексный анализ на основе шариков позволяет одновременно выполнять два независимых иммуноферментных анализа в рамках одной реакции. Сульфо-NHS и EDC, используемые для ковалентного связывания микросфер с rhPD-1, могли привести к различиям в производительности, наблюдаемым между анализами прямой и обратной блокады, а также к наблюдаемым различиям в чувствительности между анализами рекомбинантного взаимодействия PD-1/PD-L1 на основе ИФА и гранул Luminex. Необходимы дальнейшие исследования на химическом и молекулярном уровнях для изучения возможных механизмов, ответственных за эти различия.
Как ИФА14, так и анализы на основе шариков показывают, что PDL1-Vaxx-индуцированные антитела к PDL1 могут ингибировать образование комплекса контрольных точек PD1/PD-L1. PDL1-Vaxx на основе пептидов успешно индуцирует антитела к PDL1, которые могут блокировать взаимодействие PD-1/PD-L1. Этот подход может служить новой терапевтической стратегией для лечения рака, что подтверждается доклиническими исследованиями на животных 3,13,14. Запланированные клинические испытания определят эффективность PDL1-Vaxx для иммунотерапии контрольных точек и контроля заболевания у онкологических больных.
Авторы благодарят Шерри Данбар, доктора философии, магистра делового администрирования корпорации Luminex (Остин, штат Техас) за поддержку исследований и Мэтью Сильвермана, доктора философии Biomedical Publishing Solutions (Панама-Сити, штат Флорида; mattsilver@yahoo.com) за научную и писательскую помощь. Эта работа была поддержана наградами Правину Т.. Каумайе из Национальных институтов здравоохранения (R21 CA13508 и R01 CA84356) и Imugene Ltd, Сидней, Австралия (OSU 900600, GR110567 и 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) |
Explore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
ABOUT JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved