Gemakkelijke en snelle binding van doelmolecuul en radiotracer aan geneesmiddel-nanodrager voor kankertherapie

Een ideaal nanovesikel om kanker te bestrijden zou drie functionaliteiten hebben: 1) een precisie-targeting molecuul om het bij voorkeur te binden aan oppervlaktemarkers op kankercellen, 2) een sterk gebonden radionuclidesignaal dat een PET-scan in staat zou stellen om de blaasjes in het lichaam te lokaliseren, en 3) het vermogen om een ​​medicamenteuze behandeling, zoals chemotherapie, op de kankertumor te dragen en af ​​te geven.

Het zou ook aan twee andere vereisten voldoen: een eenvoudige en gemakkelijke productiemethode hebben en biocompatibel en biologisch afbreekbaar zijn in het lichaam.

Een team van de Universiteit van Alabama in Birmingham heeft nu een klein polymeer beschreven dat – in eerste preklinische experimenten – deze hindernissen lijkt te overwinnen. Elk polymeersoom is een holle bol met een dunne wand, maar het is de coating op het polymeersoom die een stap voorwaarts markeert.

De 60-nanometer triblokcopolymeerpolymersomen hebben afbreekbaar looizuur, of TA, geadsorbeerd op het oppervlak door middel van waterstofbinding. Dat TA op zijn beurt in staat is om snel en stabiel een monoklonaal antilichaam gericht molecuul en zirkoniumradionuclide, of Zr, te binden zonder de noodzaak om specifieke linkers te bouwen, zoals chelatoren, zeggen Eugenia Kharlampieva, Ph.D., en Suzanne E. Lapi, Ph.D., leiders van het UAB-team. Hun studie is gepubliceerd in het tijdschrift Biomacromoleculen.

“In deze studie hebben we een eenvoudige aanpak ontwikkeld voor een chelatorvrije modificatie van de PVPON₅-PDMS₃₀-PVPON₅ nanoblaasjes van triblokcopolymeer, ongeveer 60 tot 80 nanometer in diameter, met een laag polyfenol die tegelijkertijd kan worden gebruikt om te verankeren ⁸⁹Zr-radiotracer of andere actieve metaalionen voor moleculaire beeldvorming, en een HER2-targeting ligand, trastuzumab monoklonaal antilichaam, voor nanovesicles gericht op HER2-positieve borstkankercellen, “zei Kharlampieva, een vooraanstaand professor aan het UAB College of Arts and Sciences ‘Afdeling van Scheikunde.PVPON₅ is een kort hydrofiel polymeerblok met vijf monomeren en PDMS₃₀ is een langer hydrofoob polymeerblok met 30 monomeren in het triblokcopolymeer.

Borstkanker is een van de meest voorkomende kankerziekten en de wereldwijde sterftecijfers zijn nog steeds hoog. Systemische medicijnen of therapeutische antilichamen zijn huidige therapieën, maar ze worden vaak geassocieerd met hartbeschadiging en disfunctie. Beeldgestuurde medicijnafgifte aan een solide tumor zou een effectieve medicijnactiviteit mogelijk kunnen maken met verminderde medicijntoxiciteit.

“Voor zover wij weten, vertegenwoordigt ons werk het eerste voorbeeld van een chelatorvrij-radioactief gemerkt polymeer dat in staat is tot een langdurig meerdaags PET-beeldvormingsonderzoek in vivo”, zegt Lapi, directeur van de UAB Cyclotron Facility en een professor in de UAB Afdeling Radiologie. “De hierin ontwikkelde benadering van radiolabeling kan mogelijk zorgen voor een stabiele binding van een breed spectrum aan isotopen zonder dat radiometaal in vivo uit het vesikelmembraan uitloogt. Deze benadering integreert met name de inherente voordelen van een polyfenolisch polymeermembraan met het voordeel van snelle verankering van borstkankercellen. gericht op liganden.”

In de studie werd TA aan het polymeer gebonden ⁸⁹Zr⁴⁺ radionuclide door niet-specifieke ionische koppeling, en de TA bond ook het trastuzumab monoklonale antilichaam, of Tmab, door middel van waterstofbinding en ionische koppeling. Er was een uitstekende retentie van de ⁸⁹Zr gedurende maximaal zeven dagen, zoals bevestigd door PET-scans bij gezonde muizen.

“De niet-covalente Tmab-verankering aan het polymeermembraan kan zeer voordelig zijn voor modificatie van nanodeeltjes in vergelijking met momenteel ontwikkelde covalente methoden, omdat het een gemakkelijke en snelle integratie van een breed scala aan targeting-eiwitten mogelijk maakt, ” zei Kharlampieva. “Gezien het vermogen van deze polymersomen om geneesmiddelen tegen kanker in te kapselen en af ​​te geven, kunnen ze verder worden uitgebreid als op precisie gerichte therapeutische dragers voor het bevorderen van de menselijke gezondheid door middel van zeer effectieve strategieën voor medicijnafgifte.”

Een uur incuberen van de TA-polymersomen in een oplossing van ⁸⁹Zr-oxalaat leidde tot radiolabeling-opbrengsten van 97 procent, en die opbrengsten bleven consistent gedurende één, drie en zeven dagen. De gelabelde polymersomen waren niet cytotoxisch bij incubatie in vitro met twee rijen kankercellen gedurende maximaal vier dagen. Verder binding van ⁸⁹Zr aan polymersomen met Tmab al bevestigd hadden ook hoge opbrengsten van 97 procent en stabiliteit gedurende zeven dagen. Deze bindingsopbrengsten zijn voldoende hoog voor klinisch gebruik, zeggen de UAB-onderzoekers.

Vervolgens de stabiele retentie van de ⁸⁹Zr op de TA-polymersomen werd indirect aangetoond bij muizen.

De biodistributie van gratis ⁸⁹Van Zr-radiotracer is eerder gemeld dat het grotendeels in de ruggengraat en dijbenen van dieren lokaliseert als gevolg van chelatie van het zirkonium met fosfaatgroepen in het bot. De UAB-onderzoekers ontdekten dat, wanneer gratis ⁸⁹Zr werd in muizen geïnjecteerd, bijna alles bevond zich na 24 uur in de dijbeenbotten, zoals gemeten met een PET-scan. Toen werd een sterk verschillende biodistributie waargenomen ⁸⁹Zr-TA-polymersomen werden in muizen geïnjecteerd. Verwaarloosbare radioactiviteit werd gevonden in botten; in plaats daarvan bevond bijna alle radioactiviteit zich in de milt en lever. Die locatie vertegenwoordigt de bekende verwachte klaring van nanoblaasjes door het mononucleaire fagocytensysteem voor nanomaterialen groter dan 6 tot 8 nanometer.

“Het waargenomen drastische verschil tussen de biodistributie van de gratis ⁸⁹Zr en het metalen radiotracer-gelabelde blaasje zijn belangrijk, omdat het een onbelemmerd vermogen van de polymere nanodrager aantoont om in vivo te worden gevolgd, “zei Lapi.

Het sterke beeldcontrast in de muizen bleef gedurende zeven dagen behouden, een verder bewijs van een strakke retentie van de ⁸⁹Zr op de TA-polymersomen.

Het vermogen van de ⁸⁹Zr-Tmab-TA-polymersomen om zich te richten op HER2-positieve kankercellen werd in vitro aangetoond door differentiële binding van de nanoblaasjes aan HER2-positieve borstkankercellen versus HER2-negatieve cellen. De onderzoekers zeggen dat verder testen om borstkankertumoren bij dieren aan te pakken gerechtvaardigd is.

Co-eerste auteurs van de studie, “Direct radiolabeling of trastuzumab-targeting triblock copolymer vesicles with ⁸⁹Zr voor beeldvorming met positronemissietomografie,” zijn Veronika Kozlovskaya, UAB Department of Chemistry, en Maxwell Ducharme, UAB Department of Radiology.

Andere co-auteurs met Kharlampieva, Lapi, Kozlovskaya en Durcharme zijn Maksim Dolmat en James M. Omweri, UAB Department of Chemistry; en Volkan Tekin, UAB Afdeling Radiologie.