Ядерная медицина

Неинвазивная визуализация иммунной контрольной точки лиганда PD-L1 в опухолях и метастазах для проведения иммунотерапии

Неинвазивная визуализация иммунной контрольной точки лиганда PD-L1 в опухолях и метастазах для проведения иммунотерапии

Иммунотерапия становится важным механизмом лечения различных видов злокачественных новообразований.1 Используя данный подход, рак лечится путем увеличения или формирования иммунного ответа против опухолевых клеток. Опухолевые клетки уходят от иммунного ответа, развертывая иммуносупрессивные механизмы, такие как иммунные контрольные точки.2 Эти контрольные точки, опосредуемые взаимодействием с лиганд-рецептором, модулируют амплитуду и продолжительность иммунного ответа и действуют как естественный «тормоз» иммунной системы для поддержания аутотолерантности. Таргетирование и модуляция белков иммунной контрольной точки с помощью антител стало мощной терапевтической стратегией противораковой иммунотерапии. Основной терапевтической целью является центр иммунной контрольной точки рецептор запрограммированной гибели клеток 1 (PD-1 и CD279) и его лиганд PD-L1 (B7-H1 и CD274). Было показано, что при ряде раковых образований, таких, как меланома, почечно-клеточный рак (RCC), рак легких, молочной железы, яичника и колоректальным рак, экспрессия PD-L1 является регулируемой3 или обусловлена воспалением в микроокружении опухоли (TME), что приводит к дезактивации PD-1-экспрессирующих опухолепроникающих лимфоцитов (TIL) и подавлению иммунитета.2

Лечение рака, нацеленное на иммунные контрольные точки, показало надежные и долговечные клинические ответы, которые приводят к отдаленной выживаемости у некоторых пациентов.2 Несколько препаратов на основе антител к иммунным контрольным точкам получили одобрение Управления по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных препаратов. Антитела к PD-L1, такие как MPDL3280A (атезолизумаб), MEDI4736 (дурвалумаб) и Авелумаб, продемонстрировали противоопухолевую активность во многих типах опухолей, включая метастатическую меланому,4 немелкоклеточный рак легкого (НМРЛ),5 почечно-клеточный рак,6 и рак мочевого пузыря.7 Однако почти 70% пациентов с раком не отвечают на терапию блокированием контрольной точки. Существует насущная клиническая необходимость точно предсказать, каким пациентам более показана иммунотерапия.

Методы мониторинга традиционной терапии рака могут поставить в тупик при определении ответа на иммунотерапию. Например, уменьшение размеров опухоли первоначально наблюдается только у ~ 10% пациентов с иммунотерапией, но является типичным положительным ответом на цитотоксическую терапию. Отсроченный ответ на терапию после первоначального увеличения массы опухоли также наблюдается у некоторых пациентов, что свидетельствует об иммунно-опосредованном ответе. Благодаря образцам опухолевой биопсии пациентов, прошедших терапию иммунной контрольной точки, доподлинно известно, что экспрессия PD-L1 в TME имеет отношение к достижению положительного ответа.8

В настоящее время экспрессию PD-L1 в опухолях оценивают с помощью иммуногистохимического исследования (IHC). Управления по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных препаратов недавно одобрило 2 сопутствующих диагностических теста IHC (PD-L1 IHC 22C3 pharmDx и PD-L1 IHC 28-8 pharmDx). Тем не менее IHC PDH-L1 имеет значительные недостатки, такие как переменные критерии количественной оценки, различные антитела для обнаружения, изменчивость в подготовке и обработке тканей и гетерогенность экспрессии PD-L1 в первичных опухолях и метастатических очагах поражения. Кроме того, нецелесообразно проводить повторную биопсию для контроля ответа на терапию. Более того, эти ограничения усугубляются у пациентов с поздней стадией заболевания. Таким образом, мы предположили, что неинвазивная визуализация может быть дополнительным и более совершенным инструментом для определения экспрессии PD-L1 in vivo сразу во всех очагах поражения, обеспечивая более точную оценку PD-L1 для выбора тактики лечения.

Для неинвазивного обнаружения PD-L1 мы выбрали атезолизумаб Genentech (Сан-Франциско, Калифорния) из-за его обширного клинического применения в онкологической иммунотерапии. Атезолизумаб является гуманизированным иммуноглобулином G1 (IgG1) с дефицитом эффекторной функции – моноклональным антителом с нарушением связывания с Fcγ-рецептором, что минимизирует уменьшение PD-L1-положительных опухолеспецифических Т-клеток. Атезолизумаб обладает высокой связывающей способностью по отношению к человеческому (константа диссоциации K d = 0,43 нМ) и мышиному PD-L1 (K d = 0,13 нМ),7,9, что дает возможность соотнести доклинические и клинические наблюдения.

Сначала для оценки экспрессии PD-L1 мы разработали атезолизумаб, меченый радиоактивным изотопом индия 111 ([111In] атезолизумаб) и конъюгировали с близким к инфракрасной области красителем Licor 800 (NIR-атезолизумаб). Специфичность связывания [111In]атезолизумаба и NIR-атезолизумаба с PD-L1 была впервые подтверждена in vitro в нескольких клеточных линиях с различными уровнями экспрессии PD-L1. Значительно более высокий уровень накопления [111In]атезолизумаба и NIR-атезолизумаба наблюдался в клеточных линиях с высокой экспрессией PD-L1. Оценка in vivo соединения [111In]атезолизумаба с опухолью PD-L1 проводилась с помощью однофотонной эмиссионной компьютерной томографии/компьютерной томографии (ОФЭКТ/КТ) у иммунокомпрометированных не страдающих ожирением диабетических мышей с тяжелым комбинированным гамма-иммунодефицитом (NSG), несущих трансфицированный яичник китайского хомячка (CHO) с высокой экспрессией PD-L1 (hPD-L1-опухоль) и контрольной CHO-опухолью. ОФЭКТ/КТ-визуализация показала значительно более высокое накопление [111In]атезолизумаба в hPD-L1-опухоли по сравнению с контрольной CHO-опухолью, подтверждая специфичность in vivo связывания [111In]атезолизумаба с PD-L1 (Рис. 1A). Мы дополнительно подтвердили соединение [111In]атезолизумаба на ксенотрансплантных моделях с клинически значимыми уровнями экспрессии PD-L1. Специфичность [111In]атезолизумаба была подтверждена на ксенотрансплантах ортотопического трижды негативного рака молочной железы (TNBC) (MDAMB231 с высоким PD-L1 и SUM149 низким PD-L1) и НМРЛ (H2444 с высоким PD-L1и H1155 низким PD-L1), экспрессирующих различные уровни PD-L1. Дифференциальное накопление NIR-атезолизумаба в опухолях наблюдалось также в тех же ксенотрансплантатных моделях в исследованиях оптической визуализации. В совокупности эти результаты продемонстрировали возможность неинвазивной ОФЭКТ/КТ и оптической визуализации экспрессии опухоли PD-L1 с использованием атезолизумаба (Рис. 1A и C).10

An external file that holds a picture, illustration, etc. Object name is 10.1177_1536012117718459-fig1.jpg


Рисунок 1.

Визуализация PD-L1-опухоли с использованием атезолизумаба: (A) ОФЭКТ/КТ, (B) ПЭТ/КТ и (C) NIR-визуализация PD-L1 с использованием [111In]атезолизумаба, [64Cu]атезолизумаба и NIR-атезолизумаба, соответственно, у NSG мышей несущих  опухоль-hPD-L1 (красная стрелка) и контрольные СНО-опухоли (синяя стрелка). Адаптировано из Chatterjee с соавторами10 и Lesniak с соавторами11. КТ обозначает компьютерную томографию; CHO, яичник китайского хомячка; ПЭТ, позитронно-эмиссионная томография; NIR, близкий к инфракрасному излучению; NSG, не страдающая ожирением диабетическая мышь с тяжелым комбинированным иммунодефицитом гамма цепи; ОФЭКТ, однофотонная эмиссионная компьютерная томография.


Воодушевленные этими результатами, мы продолжили разработку радиофармацевтического препарата позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) для визуализации PD-L1. ПЭТ является одной из наиболее чувствительных технологий получения изображения с высоким разрешением, используемых для количественной визуализации экспрессии мишеней в опухолях. ПЭТ-визуализирующие средства, обеспечивающие количественное определение в реальном времени экспрессии мишени, могут быть полезны при проведении и контроле иммунотерапии. Для разработки ПЭТ-индикатора, нацеленного на PD-L1 мы конъюгировали атезолизумаб с 2,2',2"-(10-(2,6-диоксотетрагидро-2H-пиран-3-ил)-1,4,7,10-тетраазациклододекан-1,4,7-триил)триуксусной кислотой (ангидрат DOTAGA) и пометили медью-64 для получения [64Cu]атезолизумаба.11 PD-L1-специфичность [64Cu]атезолизумаба оценивали in vitro на нескольких клеточных линиях с вариациями экспрессии PD-L1, которая продемонстрировала сильную корреляцию (R = .997) между накоплением [64Cu]атезолизумаба и экспрессией PD-L1. Затем мы провели ПЭТ/КТ-визуализацию у NSG мышей с hPD-L1 и контрольными CHO-опухолями , которая явно продемонстрировала повышенное поглощение [64Cu]атезолизумаба в hPD-L1-опухоли по сравнению с контрольной опухолью (Рис. 1B). Кроме того, специфичность [64Cu]атезолизумаба подтверждена в ортотопических MDAMB231 и SUM149 моделях опухолей TNBC с высокой и низкой экспрессией PD-L1, соответственно. Накопление [64Cu]атезолизумаба в опухоли MDAMB231 было значительно выше, чем в SUM149-опухолью, что подтверждает возможность [64Cu]атезолизумаба дифференцировать клинически значимые уровни экспрессии PD-L1. Так как атезолизумаб является перекрестно-реагирующим для PD-L1 человека и мыши, мы воспользовались этим двойным сродством для оценки PD-L1-опухоли в присутствии активной иммунной системы, части которой также экспрессируют PD-L1. ПЭТ и биораспределение [64Cu]атезолизумаба проводили на иммунокомпетентных мышах Balb/C, содержащих сингеническую карциному молочной железы мыши 4T1, экспрессирующую PD-L1 мыши. ПЭТ-визуализация продемонстрировала высокое и постоянное накопление [64Cu]атезолизумаба в 4T1-опухолях. Радиоактивность также была обнаружена в тканях с известной эндогенной экспрессией PD-L1, такой как лимфатические узлы, печень, бурая жировая ткань и селезенка, а 4T1-опухоли показали гораздо более высокое накопление [64Cu]атезолизумаба, чем эти ткани. Поскольку PD-L1-положительные TILs могут также частично способствовать накоплению [64Cu]атезолизумаба в TME, мы количественно определяли количество TILs. Исследование ex vivo суспензии 4T1- опухолевых клеток методом проточной цитометрии показал, что только незначительная доля (~ 6%) TILs является PD-L1-положительной, что указывает на то, что накопление [64Cu]атезолизумаба в TME было в основном связано с экспрессией PD-L1 в 4T1-опухолевых клетках.

Помимо вышеописанных опубликованных исследований, проведенных на первичных опухолях, мы также протестировали возможность использования ПЭТ PD-L1 с [64Cu]атезолизумабом в модели легочного метастазирования рака молочной железы. Чтобы имитировать несливные метастазы в легкие, наблюдаемые при раке молочной железы, мы вводили  MDAMB231-клетки, которые стабильно экспрессировали люциферазу светлячков (MDAMB231-luc) в легкие и использовали [64Cu]атезолизумаб для обнаружения экспрессии PD-L1 в метастатических поражениях (Рисунок 2). Как показано на Рисунке 2А, образование метастазов в легких было подтверждено с помощью биолюминесценции. После ПЭТ-КТ-исследований было обнаружено высокое накопление радиоактивности в легочных метастазах через 24 и 48 часов после инъекции [64Cu]атезолизумаба (Рисунок 2B), что позволило провести четкое разграничение опухолей от нормальной ткани легких. Высокое накопление [64Cu]атезолизумаба в легочных метастазах подтвердилось интенсивным окрашиванием PD-L1 в IHC, как показано на Рисунке 2C. Для дальнейшего подтверждения результатов визуализации ПЭТ-КТ мы провели сравнительный биораспределительный анализ ex vivo [64Cu]атезолизумаба на мышах с MDA-MB-321-luc метастазами в легкие и у здоровых мышей без метастазов в легких (Рисунок 2D). Наблюдалось значительно высокое накопление [64Cu]атезолизумаба в легких с метастазами MDAMB231-luc (19,72 ± 3,1% ID/g через 24 часа после инъекции [PI] и 32,1 ± 3,7% ID/g через 48 часов PI) по сравнению с легкими без опухоли (14,2 ± 3,1% ID/g через 24 часа PI и 11,4 ± 1,2% ID/g в течение 48 часов PI).


An external file that holds a picture, illustration, etc. Object name is 10.1177_1536012117718459-fig2.jpg

Рисунок 2.

Оценка [64Cu]атезолизумаба в выведенных MDAMB231-luc метастазах легких. Для образования опухолей, имитирующих метастазы в легких, клетки MDAMB231-luc (1 × 106 в 30 мкл HBSS с 50% матригелем) вводили в левое легкое мышей NSG. Рост опухолей контролировали с помощью биолюминесцентной визуализации после инъекции люциферина, а мышей использовали для экспериментов через 28 дней после введения материала. (A) Репрезентативное изображение биолюминесценции мыши, указывающее на образование метастазов легкого MDAMB231-luc; (B) объемные (левая панель) и трансаксиальные (правая панель) ПЭТ-КТ-снимки , подтверждающие высокое накопление радиоактивности в легочных метастазах (белые стрелки, n = 3); (C) IHC-исследовние экспрессии PD-L1, демонстрирующий интенсивную иммунореактивность в метастазах легкого MDAMB231-luc. (D) анализ биораспределения ex vivo [64Cu]атезолизумаба через 24- и 48-часов PI, у той же модели c метастазированием и у мышей без метастазов в легких (n = 4); P <.001; *** (n = 4). КТ обозначает компьютерную томографию; HBSS, сбалансированный солевой раствор Хэнка; IHC, иммуногистохимическое исследование; NSG, не страдающая ожирением диабетическая мышь с тяжелым комбинированным иммунодефицитом гамма цепи; ПЭТ, позитронно-эмиссионная томография.


В целом, наши исследования на разных моделях опухолей с переменной экспрессией PD-L1 у иммунокомпрометированных или иммунокомпетентных мышей и в метастатической модели продемонстрировали потенциал ПЭТ [64Cu]атезолизумаба для неинвазивного обнаружения PD-L1 в опухолях и метастазах. Биораспределение данного человеческого и мышиного перекрестно-реактивного антитела  также дополняют сообщения других групп по визуализации PD-L1 с использованием мышиных PD-L1-реактивных антител.12-14,15. Одним из интересных наблюдений является накопление антител в буром жире, иммунологически соответствующему ткани в доклинических моделях.

Атезолизумаб находится на разных фазах клинических испытаний для лечения НМРЛ (NCT03014648, NCT02848651 и NCT02927301), рака предстательной железы или метастатического уротелиального рака мочевого пузыря (NCT02951767, NCT02108652), гинекологических раков (NCT03073525), лимфомы Ходжкина (NCT03120676), колоректального рака (NCT02982694) ), TNBC (NCT03125902), рака предстательной железы (NCT02814669), несветлоклеточной почечно-клеточной карциномы (NCT02724878) и RCC (NCT03024996). Визуализация [89Zr]атезолизумабом у пациентов показала гетерогенное накопление в опухолях, что подтвердили доклинические наблюдения (NCT02453984).16

Несмотря на более широкое использование радиоактивно меченых антител для визуализации специфичных к опухоли биомаркеров, желаемый контраст и чувствительность изображения требуют более длительного времени очищения, часто распространяющегося на столько дней, что это нецелесообразно для обычного клинического использования. Это побудило нас разработать ПЭТ-радиофармпрепарат, который может быстро обнаруживать PD-L1 для фиксации динамических изменений экспрессии PD-L1 в TME. Для клинического применения предпочтительными кандидатами являются ПЭТ-индикаторы, основанные на низкомолекулярных пептидах, из-за более быстрого вывода из организма и синтетической податливости. Недавно было сообщено о пептидах, связывающих PD-L1,17 хотя потенциал этих пептидов для определения экспрессии PD-L1 in vivo не был продемонстрирован. Мы выбрали пептид WL12 (или 1246)17, который обладал высокой связывающей способностью к PD-L1 и имел орнитин-остаток, который можно было селективно модифицировать для получения радиофармпрепарата, сохраняя сродство к PD-L1.18. Хелатор DOTAGA был конъюгирован с пептидом и мечен медью-64 с образованием [64Cu]WL12. Специфика связывания [64Cu]WL12 с PD-L1 оценивалась in vitro в нескольких клеточных линиях с переменной экспрессией PD-L1 путем проведения анализа связывания, который показал корреляцию между поглощением [64Cu]WL12 и экспрессией PD-L1. В исследованиях, подтверждающих концепцию, мы установили [64Cu]WL12 PD-L1-специфичным ПЭТ-индикатором у мышей NSG с hPD-L1-опухолями и контрольной группой с CHO-опухолями. Исследования по ПЭТ-визуализации и биораспределению показали, что [64Cu]WL12 способен обнаруживать экспрессию PD-L1 в течение часа после инъекции. Накопление [64Cu]WL12 было значительно выше в hPD-L1, чем в контрольных CHO-опухолях (Рисунок 3). Это быстрое и специфическое обнаружение экспрессии PD-L1-опухоли с помощью ПЭТ [64Cu]WL12 хорошо вписывается в клинический процесс визуализации в течение 60 минут после введения индикатора.

An external file that holds a picture, illustration, etc. Object name is 10.1177_1536012117718459-fig3.jpg


Рисунок 3.

Быстрое обнаружение PD-L1-опухоли с помощью ПЭТ [64Cu]WL12: (A) ПЭТ/КТ-визуализация PD-L1 с использованием [64Cu]WL12 у мышей NSG-hPD-L1 (красная стрелка) и контрольных мышей с CHO-опухолями (синяя стрелка) в течении 60-минут PI; (B) IHC-окрашивание PD-L1 опухолевых срезов CHO и hPD-L1. Адаптировано из Chatterjee с соавторами.18 КТ обозначает компьютерную томографию; CHO, яичник китайского хомячка; IHC, иммуногистохимическое исследование; NSG, не страдающая ожирением диабетическая мышь с тяжелым комбинированным иммунодефицитом гамма цепи; ПЭТ, позитронно-эмиссионная томография.


Таким образом, мы разработали PD-L1-специфические радиоизотопные и оптические средства визуализации с использованием клинически значимого терапевтического антитела. Мы также разработали ПЭТ-радиофармацевтический препарат на основе пептидов с улучшенной чувствительностью для быстрого обнаружения PD-L1 в опухолях. Быстрое и неинвазивное обнаружение экспрессии PD-L1 при различных раковых опухолях может потенциально помочь в лечебном процессе. Эти разработки создают возможность использовать визуализирующие подходы с использованием биомаркеров для определения тактики лечения пациента и соответствующей коррекции иммунотерапии для достижения наилучших клинических результатов.


Дополнительная информация

Конфликт интересов: Автор(ы) не заявлял о потенциальных конфликтах интересов в отношении исследований, авторства и/или публикации этой статьи.

Финансирование: Автор(ы) указал получение следующей финансовой поддержки для исследования, авторства и/или публикации этой статьи: Финансирование этого исследования было предоставлено Allegheny Health Network - Фондом исследований рака Джонса Хопкинса (SN) и NIHR01CA16631 (SN). Поточная цитометрия, гистология и визуализация поддерживались NIHP30 CA006973.

Источники:

 1. Topalian SL, Taube JM, Anders RA, Pardoll DM. Mechanism-driven biomarkers to guide immune checkpoint blockade in cancer therapy. Nat Rev Cancer. 2016;16(5):275–287. [PMC free article][PubMed]

2. Topalian SL, Drake CG, Pardoll DM. Immune checkpoint blockade: a common denominator approach to cancer therapy. Cancer Cell. 2015;27(4):450–461. [PMC free article] [PubMed]

 3. Parsa AT, Waldron JS, Panner A, et al. Loss of tumor suppressor PTEN function increases B7-H1 expression and immunoresistance in glioma. Nat Med. 2007;13(1):84–88. [PubMed]

 4. Hamid O, Sosman JA, Lawrence DP, et al. Clinical activity, safety, and biomarkers of MPDL3280A, an engineered PD-L1 antibody in patients with locally advanced or metastatic melanoma (mM). J Clin Oncol. 2013;31(suppl 15):9010.

 5. Spigel DR, Gettinger SN, Horn L, et al. Clinical activity, safety, and biomarkers of MPDL3280A, an engineered PD-L1 antibody in patients with locally advanced or metastatic non-small cell lung cancer (NSCLC). J Clin Oncol. 2013;31:abstr 8008.

 6. Cho DC, Sosman JA, Sznol M, et al. Clinical activity, safety, and biomarkers of MPDL3280A, an engineered PD-L1 antibody in patients with metastatic renal cell carcinoma (mRCC). J Clin Oncol. 2013;31(15_suppl):4505–4505.

 7. Powles T, Eder JP, Fine GD, et al. MPDL3280A (anti-PD-L1) treatment leads to clinical activity in metastatic bladder cancer. Nature. 2014;515(7528):558–562. [PubMed]

 8. Herbst RS, Soria JC, Kowanetz M, et al. Predictive correlates of response to the anti-PD-L1 antibody MPDL3280A in cancer patients. Nature. 2014;515(7528):563–567. [PMC free article] [PubMed]

 9. Irving B, Chiu H, Maecker H, et al., editors. Anti-PD-L1 Antibodies, Compositions and Articles of Manufacture. In: Office (Patent US8217149, www.google.com/patents/US8217149), ed. San Francisco, CA, USA: Genentech, Inc; 2012.

 10. Chatterjee S, Lesniak WG, Gabrielson M, et al. A humanized antibody for imaging immune checkpoint ligand PD-L1 expression in tumors. Oncotarget. 2016;7(9):10215–10227. [PMC free article] [PubMed]

 11. Lesniak WG, Chatterjee S, Gabrielson M, et al. PD-L1 detection in tumors using [(64)Cu]atezolizumab with PET. Bioconjug Chem. 2016;27(9):2103–2110. [PMC free article] [PubMed]

 12. Heskamp S, Hobo W, Molkenboer-Kuenen JD, et al. Noninvasive imaging of tumor PD-L1 expression using radiolabeled anti-PD-L1 antibodies. Cancer Res. 2015;75(14):2928–2936. [PubMed]

 13. Hettich M, Braun F, Bartholoma MD, Schirmbeck R, Niedermann G. High-resolution PET imaging with therapeutic antibody-based PD-1/PD-L1 checkpoint tracers. Theranostics. 2016;6(10):1629–1640. [PMC free article] [PubMed]

 14. Josefsson A, Nedrow JR, Park S, et al. Imaging, biodistribution, and dosimetry of radionuclide-labeled PD-L1 antibody in an immunocompetent mouse model of breast cancer. Cancer Res. 2016;76(2):472–479. [PMC free article] [PubMed]

 15. Deng R, Bumbaca D, Pastuskovas CV, et al. MAbs. 2016;8(3):593–603. doi: 10.1080/19420862.2015.1136043. Epub 2016 Feb 26. [PMC free article] [PubMed]

 16. Bensch F, Veen E, Jorritsma A, et al. First-in-human PET imaging with the PD-L1 antibody 89Zr-atezolizumab. Paper presented at: AACR Annual Meeting, Washington Convention Center, April 2, 2017 CT017.

 17. Miller MM, Mapelli C, Allen MP, et al. Macrocyclic Inhibitors of the pd-1/pd-l1 and cd80 (b7-1)/pd-li Protein/Protein Interactions. WIPO (WO2014151634), USA: Bristol Myers Squibb Co. 20161093pp, WO2016039749A1; 2016.

 18. Chatterjee S, Lesniak WG, Miller MS, et al. Rapid PD-L1 detection in tumors with PET using a highly specific peptide. Biochem Biophys Res Commun. 2017;483(1):258–263. [PMC free article] [PubMed]

Автор:
перевод и адаптация - Алексей Левчук
Источник:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5676497/
Поделиться:

Возврат к списку