Nanociała znakowane emiterami alfa jako potencjalne radiofarmaceutyki w celowanej radioimmunoterapii
Projekt badawczy NCN SONATA 5 nr: UMO-2013/09/D/ST4/03791
Tytuł projektu: Nanociała znakowane emiterami alfa jako potencjalne radiofarmaceutyki w celowanej radioimmunoterapii
Kierownik projektu: dr Marek Pruszyński
Środki finansowe: 486 400 PLN
Czas realizacji: 2014-2018 (13.02.2014-12.02.2018)
Projekt został zakwalifikowany do finansowania w ramach konkursu Narodowego Centrum Nauki SONATA 5. Projekt był realizowany przez Instytut Chemii i Techniki Jądrowej w Warszawie. Celem projektu było zbadanie możliwości otrzymania radiobiokoniugatów nanociała anty-HER2 z radionuklidami 212/213Bi, 212Pb i 225Ac jako potencjalnych radiofarmaceutyków w celowanej radioimmunoterapii nowotworów piersi i jajnika charakteryzujących się nadekspresją receptora HER2.
OPIS PROJEKTU:
W medycynie nuklearnej istnieje ogromne zapotrzebowanie na radiofarmaceutyki wykazujące efekt terapeutyczny w stosunku do małych zmian nowotworowych rozsianych na dużej powierzchni tkanki, przerzutów lub nowotworów we wczesnym stadium rozwoju. W ich leczeniu najbardziej obiecujące są radionuklidy emitujące cząstki α. Stałyby się one uzupełnieniem dla istniejących już radiofarmaceutyków tworzonych na bazie radionuklidów emitujących cząstki β-, wykorzystywanych do celowanej radioterapii dużych guzów nowotworowych. Oprócz istniejących już przeciwciał i peptydów, poszukuje się także nowych biomolekuł, które mogą być znakowane tymi radionuklidami i dostarczać je specyficznie do komórek nowotworowych. Nanociała to w pełni zachowujące swoje powinowactwo receptorowe małe fragmenty dużych przeciwciał, które docierają do guza już po 2h od podania dożylnego w porównaniu z 96–144h dla samych przeciwciał. Połączenie własności nanociał i α-emiterów idealnie nadaje się do stworzenia nowego rodzaju radiofarmaceutyku, który byłby w stanie szybko i specyficznie dostarczyć do komórek nowotworowych toksyczną dawkę radionuklidu.
W zrealizowanym projekcie po raz pierwszy podjęto próbę znakowania nanociała anty-HER2 metalicznymi radionuklidami (212/213Bi, 212Pb i 225Ac) emitującymi w trakcie rozpadu cząstki α i zbadania otrzymanych radiobiokoniugatów w warunkach in vitro i in vivo. Badania były prowadzone we współpracy z grupą In Vivo Cellular and Molecular Imaging Laboratory z Vrije Universiteit Brussel (Bruksela, Belgia) oraz z Department for Nuclear Safety and Security z European Commission Joint Research Centre (Karlsruhe, Niemcy).
W trakcie prowadzonych badań dokładnie dobrano odpowiedni ligand dla każdego radionuklidu, wyznaczono maksymalną liczbę ligandów przypadających na jedno nanociało oraz scharakteryzowano warunki reakcji znakowania. Dzięki zoptymalizowaniu tych wszystkich parametrów otrzymano z dużą wydajnością radiobiokoniugaty, które są stabilne w płynach fizjologicznych, a także zachowują swoją aktywność biologiczną. W warunkach in vitro potwierdzono wysoką immunoreaktywność, specyficzność i powinowactwo do receptora HER2 uzyskanych radiobiokoniugatów. Przeprowadzone in vitro badania toksyczności na komórkach nowotworowych i biodystrybucji in vivo na myszach wskazują, że radiobiokoniugat znakowany radionuklidem 225Ac ma szansę przejść w przyszłości do dalszych badań klinicznych.
Uzyskane w ramach zrealizowanego projektu wyniki wyraźnie pokazują, że małe nanociała mające wysokie powinowactwo do receptora HER2 mogą być dobrymi nośnikami radionuklidów α-promieniotwórczych. Ma to bardzo duże znaczenie w aspekcie obserwowanego od wielu lat wzrostu zachorowalności na nowotwory piersi i jajnika. Duży odsetek tych nowotworów charakteryzuje się nadekspresją receptora HER2, co związane jest z bardziej agresywnym przebiegiem choroby, wzmożoną skłonnością do tworzenia przerzutów, a także wrodzoną lub nabytą opornością na podawane farmaceutyki. Zastosowanie celowanej radioimmunoterapii, pozwalającej na precyzyjne dostarczenie terapeutycznego radionuklidu do komórki nowotworowej, daje duże szanse na wyleczenie.
Wyniki uzyskane w trakcie realizacji tego projektu stanowią bogaty materiał wyjściowy dla kontynuacji badań nad nanociałami anty-HER2 oraz mogą inspirować do podejmowania kolejnych kroków badawczych w zakresie radiofarmacji i medycyny nuklearnej. Zdobyta wiedza będzie pomocna przy projektowaniu przyszłych radiofarmaceutyków opartych na nanociałach i użytych w projekcie radionuklidach. Mamy także nadzieję, że radioimmunoterapia z ich wykorzystaniem stanie się w przyszłości alternatywną metodą leczenia stosowaną w praktyce klinicznej. W związku z powyższym, wyniki i wiedza zdobyta w trakcie realizacji tego projektu, poza dużą wartością poznawczą, może w przyszłości dać szansę poprawy jakości życia osób chorych na nowotwory poprzez planowanie i rozwój strategii przeciwnowotworowych, ze szczególnym uwzględnieniem nowotworów opornych na dotychczasowe leczenie.
PUBLIKACJE:
1. Marek Pruszynski, Matthias D’Huyvetter, Frank Bruchertseifer, Alfred Morgenstern, Tony Lahoutte. Evaluation of an anti-HER2 nanobody labeled with 225Ac for Targeted α‑Particle Therapy of cancer. Molecular Pharmaceutics 2018: DOI: 10.1021/acs.molpharmaceut.7b00985
KONFERENCJE I WYKŁADY
1. Marek Pruszyński, Matthias D’Huyvetter, Magdalena Rodak, Edyta Cędrowska, Tony Lahoutte, Frank Bruchertseifer, Alfred Morgenstern. Anti-HER2 nanobody labeled with 225Ac as a potential radiopharmaceutical for Targeted Alpha Therapy. Symposium NOMATEN National Centre for Nuclear Research, Świerk-Otwock, Polska, (16.05.2018).
2. Marek Pruszyński, Matthias D’Huyvetter, Edyta Cędrowska, Tony Lahoutte, Frank Bruchertseifer, Alfred Morgenstern. Preclinical evaluation of anti-HER2 2Rs15d nanobody labeled with 225Ac. 10th International Symposium on Targeted Alpha Therapy (10th TAT), Kanazawa, Japonia (30.05-01.06.2017).
3. Marek Pruszyński, Edyta Cędrowska, Aleksander Bilewicz, Frank Bruchertseifer, Alfred Morgenstern. Radiochemical separation of 224Ra from 232U or 228Th sources for 224Ra/212Pb/212Bi generator. 10th International Symposium on Targeted Alpha Therapy (10th TAT) Kanazawa, Japonia (30.05-01.06.2017).
4. Marek Pruszyński, Rafał Walczak, Aleksander Bilewicz. Scandium radionuclides in nuclear medicine application. 2nd Jagiellonian Symposium on Fundamental and Applied Subatomic Physics, Kraków, Polska (04-09.06.2017).
5. Rafał Walczak, Marek Pruszyński, Ryszard Misiak, Aleksander Bilewicz. Radionuklidy skandu dla radiofarmaceutyków teranostycznych. XIV Warszawskie Seminarium Doktorantów Chemików (ChemSession’17), Warszawa, Polska (09.06.2017).
6. Marek Pruszyński, Edyta Cędrowska, Valery Radchenko, Kevin Dale John, Frank Bruchertseifer, Alfred Morgenstern, Matthias D'Huyvetter, Tony Lahoutte. Anti-HER2 nanobody labeled with 225Ac as a potential radiopharmaceutical for TRT. 29th Annual Congress of the European Association of Nuclear Medicine EANM’16, Barcelona, Hiszpania (15-19.10.2016).
7. Marek Pruszyński, Edyta Cędrowska, Matthias D'Huyvetter, Tony Lahoutte, Frank Bruchertseifer, Alfred Morgenstern, Ganesan Vaidyanathan, Michael R. Zalutsky. Nanobodies – new probe for cancer diagnosis and therapy. Wykład zaproszony w The Institute of Cancer Research (ICR), Londyn, Wielka Brytania (28.11.2016).