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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft neue Immunkonjugate, die nützlich für Diagnose
und Therapie sind. Insbesondere betrifft die Erfindung Immunkonjugate,
die ein Antikörperfragment
aufweisen, das über
einen Kohlenhydratanteil in der variablen Region der leichten Kette
des Antikörperfragments
kovalent an ein diagnostisches oder therapeutisches Prinzip gebunden
ist. Die Erfindung betrifft außerdem
Immunkonjugate, die einen Antikörperteil
aufweisen, der ein intakter Antikörper mit einer Glykosylierungsstelle
in der variablen Domäne
der leichten Kette ist, die durch Mutation der die leichte Kette
kodierenden Nukleotidsequenz in den Antikörper eingebracht wurde. Die
Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zur Herstellung solcher Immunkonjugate. Die
vorliegende Erfindung betrifft auch Verfahren der Diagnose und Therapie,
bei denen solche Immunkonjugate verwendet werden.
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2. Naher Stand
der Technik
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Monoklonale
Antikörper
können
an eine Vielzahl von Agenzien konjugiert werden, um Immunkonjugate
zur Verwendung in Diagnose und Therapie zu bilden. Diese Agenzien
umfassen Chelate, die es den Immunkonjugaten erlauben, stabile Bindungen
mit Radiosisotopen einzugehen, und zytotoxische Agenzien wie Toxine
und Arzneimittel für
die Chemotherapie. Beispielsweise können zytotoxische Agenzien,
die normalerweise zu toxisch für
Patienten wären,
wenn sie in systemischer Weise verabreicht werden, in einer Weise
an Antikrebs-Antikörper
gekoppelt werden, dass sich ihre toxischen Effekte nur gegen die
Tumorzellen, die das Zielantigen tragen, richten. Die diagnostische
oder therapeutische Effizienz von Immunkonjugaten hängt von mehreren
Faktoren ab. Unter diesen Faktoren sind das molare Verhältnis des
diagnostischen oder therapeutischen Prinzips zum Antikörper und
die Antikörperbindungsaktivität des Immunkonjugats
von größter Bedeutung.
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Forscher
haben herausgefunden, dass die maximale Anzahl diagnostischer oder
therapeutischer Prinzipien, die direkt an einen Antikörper gebunden
werden können,
durch die Anzahl der modifizierbaren Stellen am Antikörpermolekül und den
Verlust der Immunreaktivität
des Antikörpers
begrenzt ist. Zum Beispiel haben Kulkarni et al., Cancer Research
41: 2700–2706
(1981) berichtet, dass es für
die Anzahl von Arzneimittelmolekülen,
die in einen Antikörper
eingebaut werden können,
ohne die Antigen-Bindungs-Aktivität deutlich herabzusetzen, eine
Grenze gibt. Kulkarni et al. fanden heraus, dass die höchste Einbaurate,
die für
Methotrexat festgestellt werden konnte, ungefähr bei zehn Methotrexat-Molekülen pro
Antikörpermolekül lag, und
dass Versuche, das molare Verhältnis
von Arzneimittel zu Antikörper
auf über
ungefähr
zehn zu erhöhen,
die Ausbeute an Immunkonjugat herabsetzte und die Antikörperaktivität beschädigte. Kanellos
et al., JNCI 75: 319–329 (1985)
haben von ähnlichen
Ergebnissen berichtet.
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Um
einen hohen Substitutionsgrad von Immunkonjugat zu erreichen, ohne
die Antigen-Bindungs-Aktivität
deutlich zu verschlechtern, haben Forscher die Verwendung von wasserlöslichen
polymeren Molekülen als
Zwischenstufe für
eine indirekte Konjugation des Arzneimittels untersucht. Derartige
Polymere umfassen oxidiertes Dextran (Arnon et al., Immunol. Rev.
62: 5–27
(1982)), Poly-Glutaminsäure
(Greenfield et al., Antibody Immunoconjugates and Radiopharmaceuticals
2: 201–216
(1989)), humanes Serumalbumin (Baldwin et al., NCI Monographs 3:
95–99
(1987)) und Carboxymethyldextran (Schechter et al., Cancer Immunol.
Immunother. 25: 225–230
(1987)).
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Shih
et al., Int. J. Cancer 41: 832–839
(1988) haben eine ortsspezifische Verbindungsmethode beschrieben,
bei der Methotrexat über
ein Aminodextran an den Kohlenhydratanteil in der konstanten oder „Fc-" Region eines Antikörpers gebunden
wurde, was ein Immunkonjugat mit hohem Substitutionsverhältnis und Beibehaltung
der Immunreaktivität
zur Folge hatte. Vor kürzerer
Zeit haben Shih et al., Int. J. Cancer 46: 1101–1106 (1990) die Wirksamkeit
eines Immunkonjugats nachgewie sen, das über ein Aminodextran an den Kohlenhydratanteil
in der Fc Region eines monoklonalen Antikörpers konjugiertes 5-Fluorouridin
aufwies. In beiden Studien haben Shih et al. beobachtet, dass das
Immunkonjugat ungefähr
30 bis 50 Arzneimittelmoleküle
pro Immunglobulinmolekül
enthielt. Somit bietet die indirekte Konjugation eines diagnostischen
oder therapeutischen Prinzips an den Kohlenhydratanteil in der Fc
Region eines Antikörpers
ein Mittel, Immunkonjugate mit funktioneller Antigen-Bindungs-Aktivität und einem
hohen Substitutionsgrad zu erhalten.
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Ein
Vorteil der Verwendung des Kohlenhydratanteils in der Fc Region
als ortsspezifische Bindungsstelle liegt darin, dass Antikörper aller
Untertypen charakteristischerweise eine glykosylierte Fc Region
enthalten. Im allgemeinen sind Antikörpermoleküle in ihren Fc Regionen je
nach ihrem Isotyp an charakteristischen Positionen glykosyliert.
Beispielsweise befindet sich typischerweise ein Kohlenhydrat an
Aminosäure
297 in der CH2 Domäne in der Fc Region von IgG
Molekülen.
Die Konjugation eines diagnostischen oder therapeutischen Prinzips
an die Kohlenhydratgruppe an dieser Position, die weit von der Antigen-Bindungsstelle
entfernt liegt, sollte eine minimale Auswirkung auf die Immunreaktivität des resultierenden
Immunkonjugats erzeugen, wie von Shih et al. nachgewiesen wurde.
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Es
ist jedoch ein Nachteil der Verwendung des Kohlenhydratanteils in
der Fc Region als Bindungsstelle, dass der gesamte Antikörper für das Immunkonjugat
benötigt
wird. Die Verwendung von Antikörperfragmenten,
insbesondere Fab, Fab' und
F(ab')2 bieten
einen Vorteil gegenüber
der Verwendung eines gesamten Antikörpers, weil solche Fragmente
besser aus Kapillaren heraus und in Zielgewebe hinein diffundieren
können.
Siehe zum Beispiel Brown, „Clinical
Use of Monoclonal Antibodies," in
BIOTECHNOLOGY AND PHARMACY, Pezzuto et al., eds. Chapman & Hall, pp. 227–249 (1993).
Darüber
hinaus lassen sich Antikörperfragmente
leichter aus Blut und normalen Geweben klären als ein gesamter Antikörper. Beispielsweise
hat intaktes Maus IgG eine Halbwertszeit im Blut von ungefähr 30 Stunden,
während
F(ab')2 und
Fab/Fab' Halbwertszeiten von
ungefähr
20 Stunden bzw. 2 Stunden haben. Id. Daher ist es von Vorteil, Antikörperfragmente
zur Bildung von Immunkonjugaten zu verwenden. Antikörperfragmente
sind besonders vorteilhaft in Radioimmuntherapie- und Radioimmmundiagnose-Anwendungen,
in denen die Radioisotop-Exposition gesunden Gewebes minimiert werden
muss.
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Variable
Regionen von Antikörpern
enthalten gelegentlich Kohlenhydratgruppen, die potentielle Bindungsstellen
für die
Herstellung von Immunkonjugaten aus Antikörperfragmenten bieten. Zum
Beispiel wurden in ungefähr
15–25%
von aus Maus stammenden variablen Regionen Asparagin-gebundene Kohlenhydrat-Akzeptorsequenzen
identifiziert. Kabat et al. SEQUENCES OF PROTEINS OF IMMUNOLOGICAL
INTEREST, 5th ed. U.S. Department of Health and Human Services (1990).
Im Falle von Antikörpern
der Antidextran-Familie sind Glykosylierungsstellen in den komplementaritäts-bestimmenden
Regionen (CDRs), insbesondere CDR2, der variablen Regionen des schweren
Kette vorhanden. Id. Die Anwesenheit von Asn-gebundenen Kohlenhydraten
in den CDRs dieser Antikörper
schien deren Antigen-Bindung zu verstärken. Wallick et al., J. Exp.
Med. 168: 1099–1109
(1988); Wright et al., EMBO J. 10: 2717–2723 (1991). Die Einführung von
zusätzlichen
Kohlenhydratbindungsstellen in CDR2 durch gerichtete Mutagenese
resultierte jedoch entweder in der Verstärkung oder in der Verminderung
der Affinität
für das
Antigen, je nachdem, an welcher Position die Glykosylierungsstelle
eingeführt
wurde. Wright et al., supra. Daher ist die Durchführbarkeit
einer Bindung eines diagnostischen oder therapeutischen Prinzips
an einen Kohlenhydratanteil in der VH CDR Region unsicher.
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Die
Europäische
Patentanmeldung EP-A-0338151 beschreibt modifizierte Antikörper mit
einer veränderten
Anzahl von Glykosylierungsstellen, offenbart jedoch nicht einen
Antikörper,
der eine Glykosylierungsstelle ungefähr an Position 18 der leichten
Kette aufweist. Die Internationale Anmeldung WO 87/05031 offenbart
Antikörperkonjugate,
offenbart aber nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Studien
der Erfinder zur Kohlenhydratkonjugation zeigten eine hohe Konjugationseffizienz
mit dem IgG Antikörper
LL2, einem monoklonalem Antikörper
aus der Maus beschrieben von Pawlak-Byczkowska et al. (Cancer Res.
49: 4568–4577
(1989)) und Goldenberg et al. (J. Clin. Oncol. 9: 548 (1991)). Analysen
von LL2 Konjugaten mittels Natriumdodecylsulfat Polyacrylamidgel
Elektrophorese (SDS-PAGE) unter reduzierenden Bedingungen wiesen
auf die Existenz einer Glykosylierungsstelle in der variablen (VL)
Region der leichten Kette des LL2 Antikörpers hin. Nach Klonierung
der VL Region von LL2 wurde eine Asn-gebundene Glykosylierungssignalsequenz
an Position 18–20
der Framework-1 (FR1) Sequenz der VL Region gefunden.
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Diese
Studien deuteten auf eine mögliche
bevorzugte Konjugation an einem Kohlenhydratanteil innerhalb der
VL Region hin. Dieses unerwartete Ergebnis könnte durch eine erhöhte Zugänglichkeit
in der VL Region erklärt
werden. Wir verwendeten ortsgerichtete Mutagenese, um die Asn-gebundene
Glykosylierungssignalsequenz zu entfernen und fanden heraus, dass
das resultierende Protein eine im Vergleich zum ursprünglichen
Antikörper ähnliche
Immunreaktivität
zeigte. Dieses Ergebnis ist in Übereinstimmung
mit den Computer-Modelling-Studien der Erfinder, die eine vernachlässigbare
oder minimale Wechselwirkung zwischen dem Kohlenhydratanteil der
FR1 Region der leichten Kette und der Antigen-Bindungsstelle vorhersagten.
Dem gemäß weisen
diese Studien darauf hin, dass die Konjugation eines diagnostischen
oder therapeutischen Prinzips an einen Kohlenhydratanteil in der
FR1 Sequenz der VL Region ein Mittel bietet, um Immunkonjugate von Antikörperfragmenten
mit funktionsfähigen
Antigen-Bindungsstellen zu erhalten.
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Die
vorliegende Erfindung bietet ein Verfahren zur Herstellung neuartiger
Immunkonjugate, die ein diagnostisches oder therapeutisches Prinzip
aufweisen, das über
einen Kohlenhydratanteil der variablen Region der leichten Kette
an einen intakten Antikörper
oder ein Antigen bindendes Fragment davon gebunden ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen mutierten rekombinanten Antikörper oder
ein Antigen bindendes Antikörperfragment
mit einer nicht-natürlichen
Asn-Glykosylierungssignalsequenz
an Position 18–20
der leichten Kette des Antikörpers
oder des Antigen-bindenden Antikörperfragments.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung
eines glykosylierten mutierten rekombinanten Antikörpers oder
eines Antigen-bindenden Antikörperfragments,
umfassend die Schritte:
- (a) Kultivieren transformierter
Wirtszellen, die einen mutierten Antikörper oder ein Antikörperfragment
exprimieren und glykosylieren, der bzw. das eine mutierte leichte
Kette und eine schwere Kette umfasst, wobei die Wirtszellen mit
einem Expressionsvektor transformiert sind, in den ein mutiertes
DNA-Molekül
kloniert ist, das eine mutierte leichte Kette kodiert, die an der
Aminosäureposition
18 bis 20 eine nicht-natürliche
Asn-Glykosylierungssignalsequenz enthält; und
- (b) Gewinnen des exprimierten und glykosylierten mutierten Antikörpers oder
des Antigen-bindenden Antikörperfragments
aus den kultivierten Wirtszellen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein lösliches Immunkonjugat, umfassend
- (a) ein glykosyliertes Antikörperfragment,
wobei das Antikörperfragment
ausgewählt
ist aus: Fab, Fab', F(ab)2 und F(ab')2, und wobei
das Antikörperfragment
eine variable Region der leichten Kette und einen Kohlenhydratanteil,
der an die Aminosäureposition
18 der variablen Region der leichten Kette gebunden ist, aufweist;
und
- (b) ein Zwischenstufenkonjugat, umfassend einen polymeren Träger mit
zumindest einer freien Aminogruppe und eine Mehrzahl von Arzneimittel,
Toxin, Chelatbildner, Bor-Addend oder nachweisbaren Markermolekülen, die
kovalent an den polymeren Träger
gebunden sind, wobei das Zwischenstufenkonjugat durch mindestens
eine freie Aminogruppe des polymeren Trägers kovalent an den Kohlenhydratanteil
des Antikörperfragments
gebunden ist, und wobei das Immunkonjugat die Immunreaktivität des Antikörperfragments
beibehält.
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Darüber hinaus
betrifft die vorliegende Erfindung ein lösliches Immunkonjugat, umfassend
- (a) ein glykosyliertes Antikörperfragment,
wobei das Antikörperfragment
ausgewählt
ist aus: Fab, Fab', F(ab)2 und F(ab')2, und wobei
das Antikörperfragment
eine variable Region der leichten Kette und einen Kohlenhydratanteil,
der an die Aminosäureposition
18 der variablen Region der leichten Kette gebunden ist, aufweist;
und
- (b) einen Nicht-Antikörper-Anteil
ausgewählt
aus: einem Arzneimittel, einem Toxin, einem Chelatbildner, einem
Polyethylenglykol, einem Bor-Addend und einem nachweisbaren Markermolekül, wobei
der Nicht-Antikörper-Anteil kovalent an
den Kohlenhydratanteil des Antikörperfragments
gebunden ist und wobei das Immunkonjugat die Immunreaktivität des Antikörperfragments
beibehält.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein lösliches Immunkonjugat, umfassend
- (a) einen mutierten Antikörper, wobei der mutierte Antikörper eine
variable Region der leichten Kette und einen Kohlenhydratanteil,
der an die Aminosäureposition
18 der variablen Region der leichten Kette gebunden ist, aufweist;
und
- (b) einen Nicht-Antikörper-Anteil
ausgewählt
aus: einem Arzneimittel, einem Toxin, einem Chelatbildner, einem
Polyethylenglykol, einem Bor-Addend und einem nachweisbaren Markermolekül,
wobei
der Nicht-Antikörper-Anteil
kovalent an den Kohlenhydratanteil des mutierten Antikörpers gebunden
ist, und wobei das Immunkonjugat die Immunreaktivität des mutierten
Antikörpers
beibehält.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ebenso ein lösliches Immunkonjugat, umfassend
- (a) eine Antikörperkomponente, wobei die Antikörperkomponente
ausgewählt
ist aus: einem Fv und einem einkettigen Antikörper, und wobei die Antikörperkomponente
eine variable Region der leichten Kette und einen Kohlenhydratanteil,
der an die Aminosäureposition
18 der variablen Region der leichten Kette gebunden ist, aufweist;
und
- (b) ein Zwischenstufenkonjugat, umfassend einen polymeren Träger mit
zumindest einer freien Aminogruppe und eine Mehrzahl von Arzneimittel,
Toxin, Chelatbildner, Bor-Addend oder nachweisbaren Markermolekülen, die
kovalent an den polymeren Träger
gebunden sind,
wobei das Zwischenstufenkonjugat durch
mindestens eine freie Aminogruppe des polymeren Trägers kovalent
an den Kohlenhydratanteil der Antikörperkomponente gebunden ist,
und
wobei das Immunkonjugat die Immunreaktivität der Antikörperkomponente beibehält.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein lösliches Immunkonjugat, umfassend
- (a) eine Antikörperkomponente, wobei die Antikörperkomponente
ausgewählt
ist aus: einem Fv und einem einkettigen Antikörper, und wobei die Antikörperkomponente
eine variable Region der leichten Kette und einen Kohlenhydratanteil,
der an die Aminosäureposition
18 der variablen Region der leichten Kette gebunden ist, aufweist;
und
- (b) eine Nicht-Antikörperkomponente
ausgewählt
aus: einem Arzneimittel, einem Toxin, einem Chelatbildner, einem
Polyethylenglykol, einem Bor-Addend
und einem nachweisbaren Markermolekül,
wobei die Nicht-Antikörperkomponente
kovalent an den Kohlenhydratanteil der Antikörperkomponente gebunden ist,
und
wobei das Immunkonjugat die Immunreaktivität der Antikörperkomponente beibehält.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung
eines Immunkonjugats, umfassend die Schritte
- (a)
Einführen
einer Asn-Glykosylierungssignalsequenz an Position 18 bis 20 der
leichten Kette eines Antikörpers
durch Mutieren der Nukleotidsequenz eines DNA-Moleküls, das
die leichte Kette kodiert;
- (b) Klonieren des mutierten DNA-Moleküls in einen Expressionsvektor;
- (c) Transformieren von Wirtszellen mit dem Expressionsvektor
und Gewinnen von transformierten Wirtszellen, die einen mutierten
Antikörper
exprimieren, der eine mutierte leichte Kette und eine schwere Kette
umfasst;
- (d) Kultivieren der transformierten Wirtszellen und Gewinnen
des mutierten Antikörpers
aus den kultivierten Wirtszellen;
- (e) Herstellen eines Antikörperfragments
aus dem gewonnenen Antikörper,
wobei das Antiköperfragment ausgewählt ist
aus: Fab, Fab',
F(ab)2 und F(ab')2, und wobei
das Antikörperfragment
einen Kohlenhydratanteil in der mutierten leichten Kette des Antikörperfragments
enthält;
und
- (f) Kovalentes Binden eines Zwischenstufenkonjugats an den Kohlenhydratanteil
des Antikörperfragments, wobei
das Zwischenstufenkonjugat einen polymeren Träger mit mindestens einer freien
Aminogruppe und eine Mehrzahl von Arzneimittel, Toxin, Chelatbildner,
Bor-Addend oder nachweisbaren Markermolekülen, die kovalent an den polymeren
Träger
gebunden sind, umfasst, wobei das Zwischenstufenkonjugat durch mindestens
eine freie Aminogruppe des polymeren Trägers kovalent an den Kohlenhydratanteil
des Antikörperfragments
gebunden ist, und wobei das Immunkonjugat die Immunreaktivität des Antikörperfragments
beibehält.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Diagnose
des Vorliegens einer Krankheit in einem Säuger, umfassend die Schritte:
- (a) Herstellung eines Immunkonjugats, umfassend
einen nachweisbaren Marker und ein Antikörperfragment mit einem Kohlenhydratanteil,
der an Position 18 der leichten Kette des Antikörperfragments gebunden ist,
wobei der nachweisbare Marker an den Kohlenhydratanteil des Antikörperfragments
konjugiert ist, und wobei das Antikörperfragment fähig ist,
an ein Antigen zu binden, das mit der Krankheit zusammenhängt;
- (b) Verabreichen einer Zusammensetzung umfassend das Immunkonjugat
und einen pharmazeutisch verträglichen
Träger
an einen Säuger;
und
- (c) Verwendung von in vivo bildgebenden Verfahren zur Detektion
der Anwesenheit des Immunkonjugats an Krankheitsorten.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Behandlung
einer Krankheit in einem Säuger,
umfassend die Schritte:
- (a) Herstellung eines
Immunkonjugats, umfassend ein Antikörperfragment mit einem Kohlenhydratanteil, der
an Position 18 der leichten Kette des Antikörperfragments gebunden ist,
und einen Nicht-Antikörper-Anteil
ausgewählt
aus: einem Arzneimittel, einem Toxin, einem Chelatbildner, einem
Bor-Addend und einem Radioisotop, wobei die Nicht-Antikörper-Anteil kovalent an
den Kohlenhydratanteil des Antikörperfragments gebunden
ist und wobei das Antikörperfragment
an ein Antigen binden kann, das mit der Krankheit zusammenhängt; und
- (b) Verabreichen einer Zusammensetzung umfassend das Immunkonjugat
und einen pharmazeutisch verträglichen
Träger
an einen Säuger.
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Ebenso
schließt
die vorliegende Erfindung weiterentwickelte Verfahren des in vitro
Immuntests und des in situ Nachweises von Antigen in Gewebeproben
unter Verwendung der Immunkonjugate der vorliegenden Erfindung ein.
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Es
werden außerdem
geeignete polymere Träger,
Chelate, nachweisbare Markermoleküle und Verbindungsstücke, die
für die
Verwendung bei der Herstellung der Immunkonjugate der vorliegenden
Erfindung geeignet sind, zur Verfügung gestellt.
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Ausführliche Beschreibung
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1. Überblick
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Immunkonjugate, die einen intakten
Antikörper
oder ein Antigen bindendes Fragment davon umfassen, der bzw. das über einen
Kohlenhydratanteil in der variablen Region der leichten Kette des
Antikörperanteils
kovalent an ein diagnostisches oder therapeutisches Prinzip gebunden
ist. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zur Herstellung
derartiger Immunkonjugate. Die Erfindung beabsichtigt auch die Verwendung
solcher Immunkonjugate in der Diagnose und Immuntherapie.
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2. Definitionen
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In
der folgenden Beschreibung wird eine Reihe von Begriffen eingehend
verwendet. An dieser Stelle werden Definitionen gegeben, um das
Verständnis
der Erfindung zu erleichtern.
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Antikörper. Im
vorliegenden Zusammenhang umfasst der Begriff „Antikörper" sowohl monoklonale Antikörper, wie
aus der Maus stammende, chimäre
oder humanisierte Antikörper,
als auch Antigen bindende Fragmente davon. Derartige Fragmente umfassen
Fab, Fab', F(ab)2 und F(ab')2, denen das
Fc Fragment eines intakten Antikörpers
fehlt. Derartige Fragmente umfassen auch isolierte Fragmente bestehend
aus der variablen Region der leichten Kette, „Fv" Fragmente bestehend aus den variablen
Regionen der leichten und der schweren Ketten und rekombinante einkettige
Polypeptidmoleküle,
in denen die leichten und die schweren variablen Regionen über einen
Peptidlinker verbunden sind.
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Mutierte
Antikörper.
Im vorliegenden Zusammenhang ist ein mutierter Antikörper ein
intakter Antikörper
oder ein Antigen bindendes Fragment davon, der eine Asn-gebundene Glykosylierungsstelle
an Aminosäureposition
18 in der leichten Kette aufweist, die durch Veränderung der zugehörigen Nukleotidsequenz
in die leichte Kette eingeführt
wurde. Die Methoden zur Mutation der Nukleotidsequenz, welche die
leichte Kette kodiert, umfassen die Polymerasekettenreaktion, ortsgerichtete
Mutagenese und Gensynthese mittels Polymerasekettenreaktion mit
synthetischen DNA Oligomeren.
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Diagnostisches
oder therapeutisches Prinzip. Im vorliegenden Zusammenhang ist ein
diagnostisches oder therapeutisches Prinzip ein Molekül oder Atom,
das an einen Antikörper
konjugiert ist, um ein Immunkonjugat zu bilden, das für Diagnose- und Therapiezwecke
nützlich
ist. Beispiele für
diagnostische oder therapeutische Prinzipien umfassen Arzneimittel,
Toxine, Chelatbildner, Borverbindungen und nachweisbare Marker.
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Immunkonjugate.
Im vorliegenden Zusammenhang ist ein Immunkonjugat ein Molekül, das einen
Antikörper
und ein diagnostisches oder therapeutisches Prinzip aufweist. Ein
Immunkonjugat behält
die Immunreaktivität
des Antikörpers
bei, das heißt,
der Antikörperanteil
hat nach der Konjugation ungefähr
die selbe oder nur leicht reduzierte Fähigkeit, das Antigen zu binden,
wie vor der Konjugation.
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Strukturgen.
Eine DNA Sequenz, die in messenger RNA (mRNA) transkribiert wird,
welche dann in eine Sequenz von Aminosäuren translatiert wird, die
für ein
spezifisches Polypeptid charakteristisch ist.
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Promotor.
Eine DNA Sequenz, die die Transkription eines Strukturgens zur Herstellung
von mRNA steuert. Üblicherweise
befindet sich ein Promotor in der 5' Region eines Gens, nahe am Startcodon
eines Strukturgens. Ist ein Promotor ein induzierbarer Promotor,
so steigt die Transkriptionsrate als Antwort auf ein induzierendes
Agens. Im Gegensatz dazu wird die Transkriptionsrate nicht durch
ein induzierendes Agens reguliert, wenn der Promotor ein konstitutiver
Promotor ist.
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Enhancer.
Ein Promotorelement. Ein Enhancer kann die Effizienz, mit der ein
bestimmtes Gen in mRNA transkribiert wird, erhöhen, ungeachtet des Abstandes
oder der Orientierung des Enhancers bezüglich zur Startstelle der Transkription.
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Komplementäre DNA (cDNA).
Komplementäre
DNA ist ein einzelsträngiges
DNA Molekül,
das durch das Enzym Reverse Transkriptase aus einer mRNA Vorlage
gebildet wurde. Üblicherweise
wird ein Primer, der komplementär
zu Teilen der mRNA ist, für
die Initiation der reversen Transkription gebraucht. Der Fachmann verwendet
den Begriff „cDNA" auch in Bezug auf
ein doppelsträngiges
DNA Molekül,
das aus einem derartigen einzelsträngigen DNA Molekül und seinem
Gegenstrang besteht.
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Expression.
Expression ist der Vorgang, durch den ein Polypeptid aus einem Strukturgen
hergestellt wird. Der Vorgang umfasst die Transkription des Gens
in mRNA und die Translation dieser mRNA in Polypeptid(e).
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Klonierungsvektor.
Ein DNA Molekül
wie bspw. ein Plasmid, Cosmid oder Bakteriophage, das die Fähigkeit,
besitzt, sich in einer Wirtszelle autonom zu replizieren, und das
dazu verwendet wird, Zellen zur Genmanipulation zu transformieren.
Klonierungsvektoren enthalten üblicherweise
sowohl eine oder eine geringe Anzahl von Restriktionsendonuklease-Erkennungsstellen,
an denen fremde DNA Sequenzen in einer vorbestimmbaren Weise eingefügt werden
können,
ohne eine essentielle biologische Funktion des Vektors zu verlieren,
als auch ein Markergen, das zur Verwendung bei der Identifizierung
und Selektion von Zellen, die mit dem Klonierungsvektor transformiert
sind, geeignet ist. Markergene umfassen üblicherweise Gene, die eine Tetrazyklinresistenz
oder eine Ampizillinresistenz vermitteln.
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Expressionsvektor.
Ein DNA Molekül,
umfassend ein kloniertes Strukturgen, das ein Fremdprotein kodiert
und die Expression des Fremdproteins in einem rekombinanten Wirt
ermöglicht. Üblicherweise
ist die Expression des klonierten Gens unter die Kontrolle bestimmter
regulatorischer Sequenzen wie Promotor- und Enhancer-Sequenzen gestellt
(das heißt,
funktionsfähig
an diese Sequenzen gebunden). Promotor-Sequenzen können entweder
konstitutiv oder induzierbar sein.
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Rekombinanter
Wirt. Ein rekombinanter Wirt kann jede prokaryontische oder eukaryontische
Zelle sein, die entweder einen Klonierungsvektor oder einen Expressionsvektor
enthält.
Der Begriff will auch solche prokaryontischen oder eukaryontischen
Zellen beinhalten, die gentechnisch so hergestellt wurden, dass
sie das klonierte Gen/die klonierten Gene im Chromosom oder Genom
der Wirtszelle enthalten. Beispiele für geeignete Wirte finden sich
bei Sambrook et al., MOLECULAR CLONING: A LABORATORY MANUAL, Second Edition,
Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, New York (1989).
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3. Verfahren zur Einführung einer
Asn-Glykosylierungssignalsequenz in eine leichte Kette eines Antikörpers durch
Mutation der DNA Sequenz, die das Protein kodiert
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A. Antikörperstruktur
und Asn-gebundene Glykosylierung
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Antikörpermoleküle sind
zusammengesetzt aus zwei identischen Kopien von schweren und leichten Ketten,
die durch Disulfidbindungen kovalent miteinander verbunden sind.
Für eine
allgemeine Erörterung
siehe Schultz et al., „Proteins
II: Stucture-Function
Relationship of Protein Families," in TEXTBOOK OF BIOCHEMISTRY WITZ CLINICAL
CORRELETIONS, 3rd Ed., T. M. Devlin (ed.), Wiley & Sons, pp. 92–134 (1992);
Turner et al., „Antigen
Receptor Molecules," in
IMMUNOLOGY, 3rd Ed., Roitt et al., (eds.), Mosby, pp. 4.1–4.20 (1993).
In der meist verbreiteten Antikörperart,
IgG, haben die zwei schweren Ketten jeweils etwa 440 Aminosäuren, während die
zwei leichten Ketten jeweils etwa 220 Aminosäuren haben. Die Aminosäuresequenzen der
carboxyterminalen Hälfte
der leichten Kette und der carboxyterminalen Drei-Viertel der schweren
Kette sind unter den Antikörpern
mit unterschiedlichen Antigenspezifitäten hoch konserviert. Diese
konservierten Bereiche in den leichten und schweren Ketten werden „konstante
Bereiche" („constant
regions)" bezeichnet
und mit CL bzw. CH benannt. Die CH Bereiche bestimmen, ob ein bestimmter
Antikörper
zur Antikörperklasse
IgG, IgA, IgD, IgE oder IgM gehört.
Die CH Bereiche sind innerhalb einer Antikörperklasse homolog zueinander, unterscheiden
sich jedoch signifikant von der Aminosäuresequenz der CH Regionen
anderer Antikörperklassen.
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Im
Gegensatz dazu sind die Aminosäuresequenzen
der aminoterminalen Hälfte
der leichten Kette und des aminoterminalen Viertels der schweren
Kette unter den Antikörpern
mit unterschiedlichen Antigenspezifitäten hoch variabel. Bestimmte
Bereiche innerhalb dieser variablen Abschnitte sind „hypervariabel" und wurden als „komplementaritätsbestimmende
Bereiche" („complementary
determining regions",
CDRs) bezeichnet, weil diese Bereiche die Antigen-Bindungsstelle
(ABS) bilden, die komplementär
zur Topologie der Antigenstruktur ist.
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Jede
schwere Kette ist mit einer leichten Kette verbunden, so dass die
aminoterminalen Enden der beiden Ketten nahe aneinander liegen und
eine Antigen-Bindungsstelle
darstellen. Durch proteolytische Spaltung kann ein Antikörper in
kleine, funktionelle Einheiten fragmentiert werden. Beispielsweise
ergibt die proteolytische Spaltung eines IgG Moleküls mit Papain
die Spaltung des Antikörpers
im Scharnierpeptid einer jeden schweren Kette. Ein Produkt des Papainverdaus
ist die carboxyterminale Hälfte
der schweren Ketten, die kovalent zu einem „kristallisierbaren Fragment" (Fc) verbunden sind.
Das Fc Fragment bindet kein Antigen. Die anderen Spaltungsprodukte
sind identisch und bestehen aus einem aminoterminalen Segment der
schweren Kette, das mit der gesamten leichten Kette verbunden ist.
Diese aminoterminalen oder „Antigen
bindenden Fragmente" (Fab)
können
Antigen mit einer Affinität
binden, die derjenigen des intakten Antikörpermoleküls ähnlich ist. Der Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist die kovalente Anbindung eines diagnostischen
oder therapeutischen Prinzips an einen Asn-gebundenen Kohlenhydratanteil
der variablen Region der leichten Kette eines intakten Antikörpers oder
eines Antigen bindenden Fragmentes davon. Asn-gebundene Glykosylierung,
auch als „N-gebundene
Glykosylierung" bezeichnet,
ist eine Art der Glykosylierung, bei der Zuckerreste über den
Amidstickstoff von Asparaginresten gebunden sind. Die intrazelluläre Biosynthese
von Asn-gebundenen Oligosacchariden findet sowohl im Lumen des Endoplasmatischen
Retikulums als auch beim nachfolgenden Transport des Proteins zum
Golgiapparat statt. Asn-gebundene Glykosylierung erfolgt an der
Glykosylierungssequenz: Asn-X-Thr/Ser, wobei X jede Aminosäure außer Prolin
und Asparaginsäure
sein kann. Somit gibt es 36 mögliche
Sequenzen von 3 Aminosäuren,
die eine Asn-gebundene Glykosylierung kodieren. Berücksichtigt
man die Degeneriertheit des genetischen Codes, gibt es über tausend
mögliche
Nukleotidsequenzen, die die Glykosylierungssignalsequenzen kodieren.
-
B. Mutagenese
-
Die
spezielle Nukleotidsequenz, die zur Einführung einer Asn-gebundenen
Glykosylierungssequenz in Position 18–20 verwendet wird, ist abhängig von
der natürlich
vorkommenden Nukleotidsequenz. Wie weiter unten beschrieben ist,
kann die Einführung
einer Asn-gebundenen Glykosylierungsstelle in das PKAPPA(11)24 Protein
durch eine Veränderung
des Codons 18 von AGG zu AAC erreicht werden. Eine derartige Mutation
der Nukleotidsequenz kann durch dem Fachmann wohlbekannte Verfahren
erreicht werden.
-
Zum
Beispiel kann eine Asn-gebundene Glykosylierungsstelle an Position
18 eingeführt
werden, indem Oligonukleotid-gerichtete Mutagenese und eine klonierte
leichte Kette eines Antikörpers
verwendet werden. In diesem Verfahren wird eine einzelsträngige DNA-Vorlage,
die die Sequenz der leichten Antikörperkette enthält, aus
einem dut– ung– Stamm
von E. coli gereinigt, um ein DNA-Molekül herzustellen, das eine geringe Anzahl
von Uracilresten anstelle von Thymidin enthält. Eine derartige DNA-Vorlage
kann durch M13 Klonierung oder durch in vitro Transkription unter
Verwendung eines SP6 Promotors erhalten werden. Siehe zum Beispiel
Ausubel et al. (eds.), CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY, John
Wiley & Sons
(1987). Ein Oligonukleotid, das die mutierte Sequenz enthält, wird
durch wohlbekannte Verfahren synthetisiert. Id. Das Oligonukleotid
wird in einem annealing-Vorgang
an die einzelsträngige
DNA-Vorlage assoziiert, und es werden T4 DNA Polymerase und T4 DNA
Ligase verwendet, um ein doppelsträngiges DNA-Molekül zu erzeugen. Transformation
von wildtypischen (dut+ ung+)
E. coli Zellen mit den doppelsträngigen
DNA-Molekülen
liefert eine gute Ausbeute von mutierter DNA.
-
Genaue
Protokolle für
die Oligonukleotid-gerichtete Mutagenese und verwandte Techniken
zur Mutagenese klonierter DNA sind wohlbekannt. Siehe beispielsweise
Ausubel et al., supra; Sambrook et al., supra.
-
Alternativ
kann eine Asn-gebundene Glykosylierungsstelle in eine leichte Kette
eines Antikörpers
eingeführt
werden, indem eine Oligonukleotid, das die gewünschte Mutation enthält, als
Primer und ein DNA Klon der variablen Regionen für die leichten Antikörperketten
verwendet werden, oder durch Verwendung von RNA aus Zellen, die
den Antikörper
von Interesse als Vorlage produzieren. Derartige Techniken schließen bspw.
die Polymerasekettenreaktion wie in Beispiel 1 dargestellt ein.
Siehe auch Huse, „Combinatorial
Antibody Expression Libraries in Filamentous Phage," in ANTIBODY ENGINEERING:
A PRACTICAL GUIDE, C. Borrebaeck (ed.), W. H. Freeman and Company,
pp. 103–120
(1992). Ortsgerichtete Mutagenese kann bspw. unter Verwendung des
TRANSFORMERTM Site-directed Mutagenesis
Kit (Clontech; Palo Alto, CA) nach Herstellerangaben durchgeführt werden.
-
Alternativ
kann eine Glykosylierungsstelle in eine leichte Kette eines Immunglobulins
eingeführt
werden, indem ein Leichte-Kette-Gen mit sich gegenseitig primenden
Oligonukleotiden synthetisiert wird, wobei eines der Oligonukleotide
die gewünschte
Mutation enthält.
Techniken für
die Konstruktion großer,
synthetischer Gene sind dem Fachmann wohlbekannt. Siehe bspw. Uhlmann,
Gene 71: 29–40
(1988); Wosnick et al., Gene 60: 115–127 (1988); Ausubel et al.,
supra.
-
Zusammengefasst
kann eine Asn-gebundene Glykosylierungsstelle an Aminosäureposition
18 in der leichten Kette eines jeden Antikörpers eingeführt werden,
wenn zwei Voraussetzungen erfüllt
sind. Erstens muss die Nukleotidsequenz, die die Codons für die Aminosäurepositionen
18–20
der leichten Kette des betroffenen Antikörpers umgibt und beinhaltet,
zugänglich
sein, um ein komplementäres
Oligonukleotid, das die gewünschte
Mutation enthält,
entwerfen zu können.
Zweitens muss Zugang entweder zu klonierter Antikörper DNA
oder zu Zellen, die den Antikörper
von Interesse produzieren, bestehen. Sind diese beiden Voraussetzungen
erfüllt,
umfasst die vorliegende Erfindung Immunkonjugate, umfassend aus
Maus stammende, humanisierte oder chimäre Antikörper, bei denen ein diagnostisches
oder therapeutisches Prinzip über
einen ungefähr
an Aminosäureposition
18 der variablen Region der leichten Kette liegenden Kohlenhydratanteil
an den Antikörperanteil
gebunden ist. Derartige Antikörper
schließen
intakte Antikörper
und die Antigen bindenden Fragmente Fab, Fab', F(ab)2 und
F(ab')2 ein.
-
Darüber hinaus
beabsichtigt die vorliegende Erfindung die Herstellung von Immunkonjugaten,
die Fv Fragmente oder einkettige Antikörper umfassen. Wie oben erörtert, beinhalten
Fv Fragmente eine nicht-kovalente Verbindung der variablen Regionen
der schweren und leichten Ketten. Im Gegensatz dazu umfassen einkettige
Antikörper
schwere und leichte Polypeptidketten aus der variablen Region eines
gegebenen Antikörpers,
die über
einen Peptidlinker verbunden sind. Siehe zum Beispiel Bird et al.,
Science 242: 423–426
(1988); Ladner et al., U.S. Patent No. 4 946 778; und Pack et al.,
Bio/Technology 11: 1271–1277
(1993).
-
Im
allgemeinen fehlen Fv Fragmenten und einkettigen Antikörpern eine
Stelle zur Anbringung bestimmter diagnostischer oder therapeutischer
Prinzipien wie Radiometalle. Die Einführung einer Asn-gebundenen
Glykosylierungsstelle in eine variable Region der leichten Kette
eines Fv Fragments oder eines einkettigen Antikörpers bietet jedoch einen Kohlenhydratanteil
für die
Anbindung einer Vielzahl von diagnostischen und therapeutischen
Prinzipien, wie unten beschrieben wird. Obwohl Fv Fragmente und
einkettige Antikörper üblicherweise
von prokaryontischen Wirtszellen erzeugt werden, sind eukaryontische
Wirtszellen die bevorzugten Wirtszellen. Insbesondere Insektenzellen,
Hefezellen und Säugerzellen
sind bevorzugte eukaryontische Wirte. Säugerzellen sind die am meisten
bevorzugten Wirtszellen.
-
Immunkonjugate
der vorliegenden Erfindung können
so lange unter Verwendung von intakten Antikörpern, Antikörperfragmenten
oder einkettigen Antikörpern,
die einen Kohlenhydratanteil enthalten, der an einer alternierenden
Glykosylierungsstelle angebracht ist, hergestellt werden, wie der
mutierte Antikörper
oder die Fragmente ihre Antigen-Bindungsaktivität beibehalten. Geeignete alternative
Glykosylierungsstellen können mittels
Molecular-Modelling-Techniken identifiziert werden, die dem Fachmann
wohlbekannt sind. Siehe zum Beispiel Lesk et al., „Antibody
Structure and Structural Predictions Useful in Guiding Antibody
Engineering," in ANTIBODY
ENGINEERING: A PRACTICAL GUIDE, C. Borrebaeck (ed.), W. H. Freeman
and Company, pp. 1–38
(1992); Cheetham, "Engineering
Antibody Affinity" Id.
at pp. 39–67.
-
4. Verfahren zur Expression
und Isolierung des Proteinprodukts aus einer mutierten DNA Sequenz
-
A. Verfahren zur Expression
eines mutierten Antikörpers
-
Nach
der Mutation der Nukleotidsequenz wird die mutierte DNA zur weiteren
Analyse, wie die Bestimmung der Nukleotidsequenz, in einen Klonierungsvektor
eingebracht, wie in Beispiel 1 dargestellt ist. Um das Polypeptid,
das von der mutierten DNA Sequenz kodiert wird, zu exprimieren,
muss die DNA Sequenz funktionsfähig
mit regulatorischen Sequenzen verbunden werden, die die transkriptionelle
Expression in einem Expressionsvektor kontrollieren, und anschließend entweder
in prokaryontische oder eukaryontische Wirtszellen eingeführt werden.
Zusätzlich
zu Transkriptionsregulationssequenzen wie Promotoren und Enhancer,
beinhalten Expressionsvektoren Translationsregulationssequenzen
und ein Markergen, das geeignet ist, die Zellen, die den Expressionsvektor
tragen, zu selektieren.
-
Geeignete
Promotoren für
die Expression in einem prokaryontischen Wirt können unterdrückbar, konstitutiv
oder induzierbar sein. Geeignete Promotor sind dem Fachmann wohlbekannt
und umfassen Promotoren zur Erkennung der T4, T3, Sp6 und T7 Polymerasen,
die PR und PL Promotoren
des Bakteriophagen lambda, die trp, recA, heat shock und lacZ Promotoren
von E. coli, den α-Amylase
und die σ28-spezifischen
Promotoren von B. subtilis, die Promotoren der Bakteriophagen von
Bacillus, Streptomyces-Promotoren, den int Promotor des Bakteriophagen
lambda, den bla Promotor des β-Lactamase-Gens
von pBR322 und den CAT Promotor des Chloramphenicol-Acetyltransferase-Gens.
Einen Überblick über prokaryontische
Promotoren gibt Glick, J. Ind. Microbiol. 1: 277–282 (1987); Watson et al.,
MOLECULAR BIOLOGY OF THE GENE, 4th Ed., Benjamin Cummins (1987);
Ausubel et al., supra und Sambrook et al., supra.
-
Ein
besonders bevorzugter prokaryontischer Wirt ist E. coli. Bevorzugte
Stämme
von E. coli umfassen Y1088, Y1089, CSH18, ER1451 und ER1647 (siehe
zum Beispiel Brown (Ed.), MOLECULAR BIOLOGY LABFAX, Academic Press
(1991)). Ein alternativer bevorzugter Wirt ist Bacillus subtilis,
umfassend solche Stämme wie
BR151, YB886, MI119, MI120 und B170 (siehe zum Beispiel Hardy, „Bacillus
Cloning Methods," in
DNA CLONING: A PRACTICAL APPROACH, Glover (Ed.), IRL Press (1985)).
-
Verfahren
zur Herstellung von Antikörperfragmenten
in E. coli sind dem Fachmann wohlbekannt. Siehe zum Beispiel Huse, „Combinatorial
Antibody Expression Libraries in Filamentous Phage," in ANTIBODY ENGINEERING:
A PRACTICAL GUIDE, C. Borrebaeck (ed.), W. H. Freeman and Company,
pp. 103–120 (1992);
Ward, "Ex pression
and Purification of Antibody Fragments Using Escherichia coli as
a Host," Id. at
pp. 121–138
(1992). Dem Fachmann sind auch Verfahren zur Herstellung von Fv
Fragmenten, die sich aus variablen Bereichen der schweren und leichten
Ketten zusammensetzen, in E. coli bekannt. Id. Siehe auch Whitlow
et al., „Single-Chain
Fv Proteins and their Fusion Proteins," in NEW TECHNIQUES IN ANTIBODY GENERATION,
Methods 2(2) (1991).
-
Darüber hinaus
sind Expressionssysteme zur Klonierung von Antikörpern in prokaryontischen Zellen kommerziell
erhältlich.
Beispielsweise bietet das IMMUNO ZAPTM Klonierungs-
und Expressionssystem (Stratagene Cloning Systems; La Jolla, CA)
Vektoren zur Expression von leichten und schweren Antikörperketten in
E. coli.
-
Da
die Expression einer mutierten DNA Sequenz in prokaryontischen Zellen
eine nachfolgende in vitro Glykosylierung erfordert, umfasst die
vorliegende Erfindung bevorzugt die Expression einer mutierten DNA
Sequenz in eukaryontischen Zellen, und besonders in Säuger-Insekten-
und Hefe-Zellen. Besonders bevorzugte eukaryontische Wirte sind
Säugerzellen.
Säugerzellen
versehen das klonierte Polypeptid mit post-translationalen Modifikationen,
einschließlich
der richtigen Faltung und Glykosylierung. Zum Beispiel umfassen
derartige Säugerzellen
COS-7 Zellen (ATCC CRL 1651), nicht-sekretierende Myelomzellen (SP2/0-AG14;
ATCC CRL 1581), chinesische Hamster Ovarzellen (CHO-K1; ATCC CCL
61), Ratten-Schleimzellen (GH1; ATCC CCL
82), HeLa S3 Zellen (ATCC CCL 2.2) und Ratten-Leberzellen (H-4-II-E; ATCC CRL
1548).
-
Für einen
Säugerwirt
können
die Transkriptions- und Translationsregulationssequenzen aus viralen Quellen
wie Adenovirus, Rinderpapillomavirus und Simian Virus abgeleitet
sein. Zusätzlich
können
Promotor aus Säugerexpressionsprodukten
wie Actin, Kollagen oder Myosin verwendet werden. Alternativ kann
ein prokaryontischer Promotor (wie der Bacteriophage T3 RNA Polymerase
Promotor) verwendet werden, wobei der prokaryontische Promotor durch
einen eukaryontischen Promotor reguliert wird (siehe zum Beispiel
Zhou et al., Mol. Cell. Biol. 10: 4529–4537 (1990); Kaufman et al.,
Nucl. Acids Res. 19: 4485–4490
(1991)). Es können Transkriptionsinitiations-Regulationssignale
gewählt
werden, die eine Repression oder Aktivierung ermöglichen, so dass die Expression
von Genen moduliert werden kann.
-
Im
allgemeinen beinhalten eukaryontische Regulationsbereiche eine Promotorregion,
die die Initiation der RNA Synthese steuern können. Derartige eukaryontische
Promotoren umfassen die Promotoren des Maus Metallothionin I Gens
(Hamer et al., J. Mol. Appl. Gen. 1: 273–288 (1982)); den TK Promotor
des Herpes Virus (McKnight, Cell 31: 355–365 (1982)); den SV40 early
Promotor (Benoist et al., Nature (London) 290: 304–310 (1981));
den Rous Sarcoma Virus Promotor (Gorman et al., supra); den Cytomegalovirus
Promotor (Foecking et al., Gene 45: 101 (1980)); den Hefe gal4-Gen
Promotor (Johnston et al., Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 79: 6971–6975 (1982);
Silver et al., Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 81: 5951–5955 (1984));
und den IgG Promotor (Orlandi et al., Proc. Natl. Acad. Sci. (USA)
86: 3833–3837
(1989)).
-
Starke
regulatorische Sequenzen sind die am meisten bevorzugten regulatorischen
Sequenzen der vorliegenden Erfindung. Beispiele solcher bevorzugter
regulatorischer Sequenzen umfassen den SV40 Promotor-Enhancer (Gorman, „High Efficiency
Gene Transfer into Mammalian Cells," in DNA CLONING: A PRACTICAL APPROACH,
Volume II, Glover (Ed.), IRL Press pp. 143–190 (1985)), den hCMV-MIE
Promotor-Enhancer (Bebbington et al., Bio/Technology 10: 169–175 (1992))
und den schwere Antikörperkette-Promotor
(Orlandi et al., Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 86: 3833–3837 (1989)).
Ebenfalls bevorzugt sind die Kappa-Ketten Enhancer für die Expression
der leichten Kette und der IgH Enhancer (Gillies, „Design
of Expression Vectors and Mammalian Cell Systems Suitable for Engineering
Antibodies," in
ANTIBODY ENGINEERING: A PRACTICAL GUIDE, C. Borrebaeck (Ed.), W.
H. Freeman and Company, pp. 139–157
(1992); Orlandi et al., supra).
-
Die
den mutierten Antikörper
kodierende Sequenz und ein funktionsfähig verbundener Promotor können als
nicht-replizierendes DNA Molekül
in eukaryontische Zellen eingeführt
werden, das entweder ein lineares Molekül oder, mehr bevorzugt, ein
geschlossenes, kovalent zirkuläres
Molekül
sein kann. Da derartige Moleküle
unfähig
zur autonomen Replikation sind, kann die Expression des Proteins
durch die vorübergehende
Expression der eingeführten
Sequenz erfolgen. Bevorzugt erfolgt eine permanente Expression durch
die Integration der eingeführten
Sequenz in das Wirtschromosom.
-
Bevorzugt
wird die eingeführte
Sequenz in ein Plasmid oder einen viralen Vektor eingebaut, der
im Empfängerwirt
zur autonomen Replikation fähig
ist. Für
diese Anwendung sind mehrere mögliche
Vektorsysteme verfügbar.
Eine Klasse von Vektoren verwenden DNA Elemente mit autonom replizierenden
extra-chromosomalen Plasmiden, die aus tierischen Viren wie Rinderpapillomavirus,
Polyomavirus, Adenovirus oder SV40 Virus gewonnen wurden. Eine zweite
Klasse von Vektoren be ruht auf der Integration der gewünschten genomischen
oder cDNA Sequenzen in das Wirtschromosom. Zusätzliche Elemente können zur
optimalen Synthese von mRNA benötigt
werden. Diese Elemente können
sowohl Splice-Signale als auch Transkriptionspromotoren, -enhancer
und -terminationssignale beinhalten. Die cDNA Expressionsvektoren,
die derartige Elemente enthalten, umfassen diejenigen, die von Okayama,
Mol. Cell. Biol. 3: 280 (1983), Sambrook et al., supra, Ausubel
et al., supra, Bebbington et al., supra, Orlandi et al., supra und
Fouser et al., Bio/Technology 10: 1121–1127 (1992), Gillies, supra,
beschrieben sind. Genomische DNA Expressionsvektoren, die Intronsequenzen
beinhalten, sind beschrieben von Orlandi et al., supra. Siehe allgemein
auch Lerner et al. (Eds.), NEW TECHNIQUES IN ANTIBODY GENERATION,
Methods 2(2) (1991).
-
Um
Säugerzellen
zu erhalten, die intakte Antikörper
exprimieren, kann der Expressionsvektor, der die mutierte leichte
Antikörperkette
aufweist, mit einem Schwere-Antikörperkette-Expressionsvektor
in Säugerzellen
kotransfektiert werden. Siehe zum Beispiel Orlandi et al., supra.
Alternativ können
Säugerzellen,
die einen Expressionsvektor für
die schwere Kette enthalten, mit einem Expressionsvektor, der die
mutierte leichte Antikörperkette
aufweist, transfektiert werden, und Säugerzellen, die einen Expressionsvektor
enthalten, der die mutierte leichte Antikörperkette aufweist, können mit
einem Expressionsvektor für
die schwere Kette transfektiert werden. Darüber hinaus können Säugerzellen
mit einem einzigen Expressionsvektor transfektiert werden, der sowohl
DNA Fragmente aufweist, die die mutierte leichte Antikörperkette
kodieren, als auch DNA-Fragmente, die die schwere Antikörperkette
kodieren. Siehe zum Beispiel Gillies et al., supra; Bebbington et
al., supra. Jeder dieser Ansätze
führt zur
Produktion transfektierter Zellen, die ganze Antikörpermoleküle exprimieren,
die die mutierte leichte Antikörperkette
aufweisen. Standard-Transfektionstechniken
sind im Stand der Technik wohlbekannt. Siehe bspw. Sambrook et al.,
supra; Ausubel et al., supra.
-
B. Verfahren zur Isolierung
eines mutierten Antikörpers
aus transfektierten Zellen
-
Transfektierte
Zellen, die den Expressionsvektor tragen, werden selektiert, indem
das passende Mittel verwendet wird. Bspw. kann G418 verwendet werden,
um transfektierte Zellen zu selektieren, die einen Expressionsvektor
mit dem Aminoglykosidphosphotransferasegen tragen. Southern et al.,
J. Mol. Appl. Gen. 1: 327–341 (1982).
Alternativ kann Hygromycin-B verwendet werden, um transfektierte
Zellen zu selektieren, die einen Expressionsvektor mit dem Hygromycin-B-Phosphotransferasegen
tragen. Palmer et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84: 1055–1059 (1987).
Alternativ können
Aminopterin und Mycophenolsäure
verwendet werden, um transfektierte Zellen zu selektieren, die einen
Expressionsvektor mit dem Xanthin-Guanin-Phosphoribosyltransferasegen
tragen. Mulligan et al., Proc. Natl. Acad. Sci USA 78: 2072–2076 (1981).
-
Transfektierte
Zellen, die den mutierten Antikörper
produzieren, können
mittels einer Vielzahl von Methoden identifiziert werden. Bspw.
kann jeder Immundetektionstest verwendet werden, um derartige „Transfectoma-Zellen" zu identifizieren.
Beispiel 1 bietet eine Darstellung der Verwendung eines enzyme-linked
immunosorbent assay (ELISA) für
diese Anwendung.
-
Nachdem
die Transfektoma-Zellen identifiziert wurden, werden die Zellen
kultiviert und Antikörper
aus den Zellüberständen isoliert.
Isolierungstechniken umfassen Affinitätschromatographie mit Protein-A
Sepharose (für
intakte Antikörper),
Größenausschluss-Chromatographie
und Ionenaustausch-Chromatographie. Siehe zum Beispiel Coligan et
al. (eds.), CURRENT PROTOCOLS IN IMMUNOLOGY, John Wiley & Sons (1991) für ausführliche
Protokolle.
-
5. Verfahren
zur Herstellung von Immunkonjugaten
-
A. Herstellung von Antikörper Fragmenten
-
Die
vorliegende Erfindung beabsichtigt die Herstellung von Immunkonjugaten
aus intakten mutierten Antikörpern
oder aus Antigen bindenden Antikörperfragmenten.
Antikörperfragmente
können
aus Transfektoma-Zellen erhalten werden, indem intakte mutierte
Antikörper,
die von Transfektoma-Zellen produziert wurden, proteolytisch gespalten
werden oder indem intakte Antikörper,
die natürlich
vorkommende Asn-gebundene Glykosylierungssignalsequenzen an Position
18–20
der leichten Kette aufweisen, proteolytisch gespalten werden.
-
Antikörperfragmente
können
direkt aus Transfektoma-Zellen gewonnen werden, indem Zellen mit
einem Strukturgen für
eine schwere Kette transfektiert werden, das mutiert wurde. Zum
Beispiel sollten Transfektoma-Zellen Fab Fragmente produzieren,
wenn ein Stoppcodon im Anschluss an die Sequenz der CH1 Domäne eingefügt wurde.
Alternativ sollten Transfektoma-Zellen Fab' oder F(ab')2 Fragmente
pro duzieren, wenn ein Stoppcodon nach der Sequenz, die den Scharnierbereich
der schweren Kette kodiert, eingefügt wurde.
-
Alternativ
können
Antikörperfragmente
mittels wohlbekannter proteolytischer Techniken aus intakten Antikörpern hergestellt
werden. Siehe zum Beispiel Coligan et al., supra. Zur Veranschaulichung
bietet Beispiel 2 ein Verfahren zur Gewinnung von Fab Fragmenten
mittels Papain. Darüber
hinaus können
F(ab')2 Fragmente durch
einen Pepsin-Verdau intakter Antikörper erhalten werden. Divalente
Fragmente können
mittels gewöhnlicher
Disulfidbindungen reduzierender Agenzien, bspw. Cystein, Dithiothreitol
(DTT) und ähnliche,
in monovalente Fragmente gespalten werden.
-
B. Konjugationsverfahren
-
(i) Indirekte Konjugation
-
Immunkonjugate
können
durch indirekte Konjugation eines diagnostischen oder therapeutischen
Prinzips an einen intakten Antikörper
oder an ein Antigen bindendes Fragment davon hergestellt werden.
Derartige Techniken sind beschrieben in: Shih et al., Int. J. Cancer
41: 832–839
(1988); Shih et al., Int. J. Cancer 46: 1101–1106 (1990); und Shih et al.,
U.S. Patent No. 5 057 313. Das allgemeine Verfahren beinhaltet,
eine Antikörperkomponente,
die einen oxidierten Kohlenhydratanteil aufweist, mit einem Trägerpolymer,
das mindestens eine freie Aminfunktion aufweist und das mit einer
Mehrzahl von Arzneimittel, Toxin, Chelatbildner oder Bor-Addend,
oder mit nachweisbaren Markern beladen ist, zur Reaktion zu bringen.
Diese Reaktion ergibt eine initiale Schiffsche Base (Imin) Bindung,
die durch Reduktion zu einem sekundären Amin stabilisiert werden kann,
um das endgültige
Konjugat zu bilden.
-
Das
Trägerpolymer
ist bevorzugt ein Aminodextran oder Polypeptid von mindestens 50
Aminosäureresten,
obwohl andere grundsätzlich äquivalente
Trägerpolymere
ebenso verwendet werden können.
Bevorzugt ist das endgültige
Immunkonjugat in wässriger
Lösung
wie Säugerserum
löslich,
um die Verabreichung zu vereinfachen und ein erfolgreiches Targeting
bei der Verwendung in der Diagnose oder Therapie zu erreichen. Somit
verbessern löslich-machende
Funktionen am Trägerpolymer
die Serumlöslichkeit
des endgültigen Immunkonjugats.
Löslich-machende
Funktionen sind auch bei der Verwendung von Immunkonjugaten in in
vitro Immuntests und bei der in situ Detektion wichtig, wie weiter
unten beschrieben wird. Insbesondere ist ein Aminodextran bevorzugt.
-
Der
Vorgang zur Herstellung eines Immunkonjugats mit einem Aminodextranträger beginnt üblicherweise
mit einem Dextranpolymer, vorteilhafterweise einem Dextran mit einem
durchschnittlichen Molekulargewicht von 10000–100000. Das Dextran wird mit
einem oxidierenden Agens zur Reaktion gebracht, um eine kontrollierte
Oxidation eines Teils seiner Kohlenhydratringe zur Bildung von Aldehydgruppen
zu bewirken. Die Oxidation wird passenderweise mit glykolytischen
chemischen Reagenzien wie NaIO4 nach Standardverfahren durchgeführt.
-
Das
oxidierte Dextran wird dann mit einem Polyamin zur Reaktion gebracht,
bevorzugt mit einem Diamin und besonders bevorzugt mit einem Mono-
oder Poly-Hydroxy-Diamin.
Geeignete Amine umfassen Ethylendiamin, Propylendiamin oder andere ähnliche
Polymethylendiamine, Diethylentriamin oder ähnliche Polyamine, 1,3-Diamino-2-hydroxypropan
oder andere ähnliche
hydroxylierte Diamine oder Polyamine und ähnliche. Es wird ein Überschuss
des Amins relativ zur Aldehydgruppe des Dextrans verwendet, um sicher
zu stellen, dass eine im Wesentlichen vollständige Umwandlung der Aldehydgruppen
in Schiffsche Basen erfolgt.
-
Ein
reduzierendes Agens wie NaBH4, NaBH3CN oder ähnliches
wird dazu verwendet, die reduktive Stabilisierung des resultierenden
Schiffsche Base Intermediats durchzuführen. Das resultierende Addukt
kann durch einen Durchgang durch eine gewöhnliche Größenausschlusssäule gereinigt
werden, um quervernetzte Dextrane zu entfernen.
-
Andere
gewöhnliche
Verfahren der Derivatisierung eines Dextrans zur Einführung von
Aminfunktionen können
ebenso verwendet werden, bspw. Reaktion mit Cyanogenbromid gefolgt
von einer Reaktion mit einem Diamin.
-
Das
Aminodextran wird anschließend
zur Bildung eines Zwischenstufenaddukts mit einem Derivat des bestimmten
Arzneimittels, Toxins, Chelatbildners, Bor-Addenden oder Markers,
das aufgeladen werden soll, zur Reaktion gebracht, das in einer
aktivierten Form vorliegt, bevorzugt als Carboxyl-aktiviertes Derivat,
das auf gewöhnliche
Weise hergestellt wurde, bspw. durch Verwendung von Dicyclohexylcarbodiimid
(DCC) oder einer wasserlöslichen
Variante davon.
-
Alternativ
können
Polypeptid-Toxine wie das Pokeweed Antivirale Protein oder die Ricin
A-Kette und ähnliche über Glutaraldehydkondensation
oder durch Reaktion von aktivierten Carboxylgruppen am Protein mit
Aminen am Aminodextran an das Aminodextran gekoppelt werden.
-
Chelatbildner
für Radiometalle
oder magnetische Resonanzverstärker
sind im Stand der Technik wohlbekannt. Typisch sind Derivate von
1,4,7,10-Tetraazacyclododecantetraessigsäure (DOTA),
Ethylendiamintetraessigsäure
(EDTA) und Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA). Diese Chelatbildner
haben charakteristischerweise Gruppen an den Seitenketten, durch
die der Chelatbildner an dem Träger
befestigt werden kann. Derartige Gruppen umfassen bspw. Benzylisothiocyanat,
durch das das DOTA, DTPA oder EDTA an die Amingruppe eines Trägers gekoppelt
werden kann. Alternativ können
Carboxylgruppen oder Amingruppen an einem Chelatbildner durch Aktivierung
oder vorangehende Derivatisierung und anschließender Kopplung, an einen Träger gekoppelt
werden, wobei dies alles wohlbekannte Vorgehensweisen sind.
-
Marker
wie Enzyme, Fluoreszenzkomponenten, Elektronentransferagenzien und ähnliche
können durch übliche,
im Stand der Technik wohlbekannte Verfahren an einen Träger gekoppelt
werden. Die mit einem Marker versehenen Träger und die Immunkonjugate,
die aus diesen hergestellt werden, können für in vitro Immuntests und zur
in vivo Detektion wie weiter unten beschrieben verwendet werden.
-
Bor-Addenden
wie Carborane können
durch übliche
Verfahren an Antikörperkomponenten
gebunden werden. Zum Beispiel können
Carborane mit Carboxylfunktionen an angehängten Seitenketten hergestellt werden,
was im Stand der Technik wohlbekannt ist. Die Anbringung solcher
Carborane an einem Träger,
bspw. Aminodextran, zur Herstellung eines Zwischenstufenkonjugats
kann durch Aktivierung der Carboxylgruppen der Carborane und Kondensation
mit Aminen am Träger
erreicht werden. Derartige Zwischenstufenkonjugate werden anschließend an
Antikörperkomponenten
gebunden, um therapeutisch nützliche
Immunkonjugate wie weiter unten beschrieben herzustellen.
-
Als
Alternative zu Aminodextran kann ein Polyamidoamindendrimer als
Trägerpolymer
verwendet werden. Dendrimer-Moleküle von geeignetem Typ können bspw.
nach dem Verfahren von Tomalia et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl.
29: 138–175
(1990) hergestellt werden. Dendrimere, die nach diesem Verfahren
hergestellt sind, weisen eine einheitliche Größe, Form und Ladung auf und
tragen eine bekannte Anzahl primärer Aminogruppen
an der Moleküloberfläche, von
denen alle für
Konjugationszwecke verwendet werden können. Polyamidoamindendrimere
tragen au ßerdem
tertiäre
Aminogruppen, die in wässriger
Lösung
bei physiologischem ph-Wert
protoniert sind und dem Trägermolekül Wasserlöslichkeit
verleihen.
-
Auch
ein Polypeptidträger
kann anstatt eines Aminodextrans oder eines Polyamidoamindendrimers verwendet
werden, aber der Polypeptidträger
muss mindestens 50 Aminosäurereste
in der Kette haben, bevorzugt 100–5000 Aminosäurereste.
Zumindest einige der Aminosäuren
sollten Lysinreste oder Glutamat- oder Aspartatreste sein. Die angehängten Amine
der Lysinreste und die angehängten
Carboxylate von Glutamat und Aspartat sind geeignet, ein Arzneimittel,
Toxin, einen Chelatbildner oder Bor-Addend daran zu binden. Beispiele
für geeignete
Polypeptidträger
umfassen Polylysin, Polyglutaminsäure, Polyasparaginsäure, Kopolymere
davon, und gemischte Polymere dieser Aminosäuren und anderer, bspw. Serine,
um die nötigen
Löslichkeitseigenschaften
auf den resultierenden, beladenen Träger und das Immunkonjugat zu übertragen.
-
Die
Konjugation des Zwischenstufenkonjugats mit der Antikörperkomponente
wird durch Oxidation des Kohlenhydratanteils der Antikörperkomponente
und Reaktion des resultierenden Aldehyd- (und Keton-) Carbonyls
mit Aminogruppen, die nach der Beladung mit einem Arzneimittel,
Toxin, Chelatbildner, Bor-Addend oder Marker am Träger verbleiben,
durchgeführt.
-
Alternativ
kann ein Zwischenstufenkonjugat über
Aminogruppen, die nach der Beladung mit dem diagnostischen oder
therapeutischen Prinzip in das Zwischenstufenkonjugat eingeführt wurden,
an eine oxidierte Antikörperkomponente
gebunden werden. Die Oxidation wird zweckdienlicherweise entweder
chemisch durchgeführt,
bspw. mit NaIO4 oder anderen glykolytischen
Reagenzien, oder enzymatisch, bspw. mit Neuraminidase oder Galaktoseoxidase.
Im Falle eines Aminodextranträgers
werden üblicherweise
nicht alle Amine des Aminodextrans zur Beladung mit einem diagnostischen
oder therapeutischen Prinzip verwendet. Die verbleibenden Amine
des Aminodextrans kondensieren mit der oxidierten Antikörperkomponente
unter Bildung von Schiffsche Base Addukten, die anschließend reduktiv
stabilisiert werden, normalerweise mit einem Borhydrid Reduktionsmittel.
-
Analoge
Verfahren werden zur Herstellung anderer Immunkonjugate gemäß der Erfindung
verwendet. Die Stöchiometrie
zwischen den Trägermolekülen und
dem diagnostischen oder therapeutischen Prinzip wird so eingestellt,
dass beladenes Dendrimer und Polypeptidträger bevorzugt freie Aminoreste
zur Kondensation mit dem oxidierten Kohlenhydratanteil einer Antikörperkomponente übrig haben.
Carbo xyle am Polypeptidträger
können,
wenn nötig,
in Amine umgewandelt werden durch bspw. Aktivierung mit DCC und
Reaktion mit einem Überschuss
eines Diamins.
-
Das
endgültige
Immunkonjugat wird mittels üblicher
Techniken gereinigt, wie Größenausschlußchromatographie
an Sephacryl S-300 oder ähnlichen
Matrices.
-
Die
indirekte Konjugation an ein Antikörperfragment ist in Beispiel
4 dargestellt.
-
(ii) Direkte Konjugation
-
Alternativ
können
Immunkonjugate durch direkte Konjugation einer Antikörperkomponente
mit einem diagnostischen oder therapeutischen Prinzip hergestellt
werden. Die allgemeine Vorgehensweise ist analog zum indirekten
Verfahren der Konjugation, außer,
dass ein diagnostisches oder therapeutisches Prinzip direkt an eine
oxidierte Antikörperkomponente
gebunden wird. Die direkte Konjugation von Chelatbildnern an ein
Antikörperfragment
ist in Beispiel 3 erläutert.
Ein besonderer Vorteil der Herstellung von Immunkonjugaten durch Kopplung
an das oxidierte Kohlenhydrat der leichten Kette ist, dass die Oxidationsreaktion
multiple Stellen zur Anbindung von diagnostischen oder therapeutischen
Prinzipien liefert. Da der Kohlenhydratanteil der leichten Kette
die Antigenbindungsstelle nicht beeinflusst, bietet dieses Verfahren
daher ein Mittel, direkt eine Vielzahl diagnostischer oder therapeutischer
Prinzipien an ein Antikörperfragment
zu binden, ohne einen polymeren Träger zu verwenden, um die Beladungskapazität des Antikörpers zu
erhöhen.
Dies ist unter solchen Umständen
von Vorteil, unter denen die Anwesenheit eines geladenen Zwischenstufenträgermoleküls mit einer
unvorteilhaften Pharmakokinetik des Immunkonjugats einhergeht.
-
Es
ist klar erkennbar, dass andere diagnostische oder therapeutische
Prinzipien die unten beschriebenen Chelatbildner ersetzen können. Dem
Fachmann wird es möglich
sein, ohne übermäßiges Experimentieren
Konjugationsschemen zu erarbeiten. Zusätzlich wird der Fachmann auf
zahlreiche mögliche
Variationen der Konjugationsmethoden stoßen. In einem Beispiel kann
der Kohlenhydratanteil zur Anbringung von Polyethylenglykol (PEG)
verwendet werden, um die pharmakokinetischen Eigenschaften eines
intakten Antikörpers oder
eines Antigen bindenden Fragments davon im Blut, Lymphe oder anderen
extrazellulären
Flüssigkeiten zu
verändern.
Dies ist besonders vorteilhaft für
die Verwendung von Antikörperfragmenten,
die mit Radiometallen und insbesondere mit 99mTc
markiert sind, in der Radioimmundiagnose (RAID).
-
99mTc ist ein besonders attraktives Radioisotop
für therapeutische
und diagnostische Anwendungen, weil es für alle nuklearmedizinische
Abteilungen leicht erhältlich
ist, kostengünstig
ist, dem Patienten minimale Strahlungsdosen gibt und ideale Nuklearbildgebungseigenschaften
aufweist. Es hat eine Halbwertszeit von sechs Stunden, was bedeutet,
dass eine schnelle Zielfindung eines Technetium-markierten Antikörpers erwünscht ist.
Folglich sind Antikörperfragmente
wie F(ab')2 und F(ab)2 und
insbesondere Fab und Fab',
die eine schnellere Zielfindungskinetik zeigen als ganze Immunglobuline,
für RAID
Anwendungen mit Tc-99m Markierung bevorzugt. Ein großer Nachteil
der Verwendung von Tc-99m-markierten Fragmenten für bildgebende
Verfahren ist die relativ hohe Aufnahme und Verbleib der Radioaktivität in der
Niere, was zu Darstellungsschwierigkeiten im Bereich dieses Organs
führt.
Es wurde herausgefunden, dass Konjugation von PEG an Tc-99m-markierten
Antikörper
eine bedeutende Abnahme der Menge der Nierenaufnahme und -retention
des Fragments verursacht. Siehe U.S. Patentanmeldung No. 08/309
319, die durch Verweis in ihrer Gesamtheit in der vorliegenden Erfindung
enthalten ist.
-
Um
PEG an ein Kohlenhydrat der leichten Kette zu koppeln, kann der
Kohlenhydratanteil durch Periodat oxidiert werden und durch im Stand
der Technik wohlbekannte Verfahren mit einem PEG Derivat, das einen
nukleophilen Anteil trägt,
gekoppelt werden. Zum Beispiel wird PEG Hydrazid (Shearwater Polymers,
Inc., Huntsville, AL) zur Bildung eines Hydrazons mit dem Antikörperfragment
gemischt. Alternativ kann ein PEG-Amin mit dem oxidierten Kohlenhydrat
zur Reaktion gebracht werden, um eine Schiffsche Base zu bilden, die
anschließend
durch Behandlung mit Natriumcyanoborhydrid zur Bildung einer stabilen
sekundären
Aminbindung reduziert wird. Die Konjugation von PEG mit einem Fab
Antikörperfragment
wird in Beispiel 8 erläutert.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann das Antikörperfragment,
wenn es einmal an PEG konjugiert ist, unter kontrollierten Bedingungen
mit einem reduzierenden Agens behandelt werden, um freie Thiolgruppen
zu erzeugen, die eine direkte Markierung des Fragments mit Tc-99m
ermöglichen.
Verfahren zur kontrollierten Reduktion von Antikörperfragmenten sind dem durchschnittlichen
Fachmann wohlbekannt. Siehe zum Beispiel U.S. Patent 5 128 119,
das durch Verweis in seiner Gesamtheit in der vorliegenden Erfindung enthalten
ist. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform können freie
Thiolgruppen an dem PEG-konjugierten Antikörperfragment in nicht-ortsspezifischer
Weise durch Reaktion mit einem thiolierenden Agens wie Traut's Reagens oder in
der Art, wie in der U.S. Patentanmeldung No. 08/253 772 beschrieben,
erzeugt werden, worauf direkte Markierung mit Tc-99m folgen kann.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
werden Amin-terminierende bifunktionelle chelatbildende Reagenzien
(BFC) an die oxidierten Kohlenhydrate der leichten Kette eines Antikörpers oder
Antikörperfragments
gebunden. Diese bifunktionalen Reagenzien enthalten angehängte Thiol-
und Amingruppen, die in geeigneter Weise zugänglich sind um radioaktive
Metalle wie 186Re, 188Re, 111Ag und 67Cu fest
zu binden. Die Konjugation des BFC an den Antikörper wird über Amin- oder Hydrazinfunktionen
an dem BFC erreicht, die Imin- bzw. Hydrazonbindungen zu den Aldehydfunktionen
am oxidierten Kohlenhydrat bilden können. Iminbindungen können durch
Reduktion mit einem reduzierenden Agens wie Natriumcyanoborhydrid
stabilisiert werden. Während des
Konjugationsschrittes wird die Thiolgruppe des chelatbildenden Teils
als Thioester oder Disulfid maskiert und nach der Herstellung des
Konjugats entschützt.
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Die
BFCs können
durch die allgemeinen Strukturen Ia, Ib und Ic beschrieben werden:
-
-
In
der allgemeinen Struktur Ia ist X gleich CH, oder X und Z können zusammengenommen
gleich CO sein; Y ist gleich CR4R5, CH2CR4R5, oder (CH2)2CR4R5 wobei
C4 und C5 gleich
oder unterschiedlich sein können und
ausgewählt
sind aus: Hydrogen und Alkyl, substituiertes Alkyl, Aryl oder substituierte
Arylgruppen; Z kann jede Gruppe sein, die zur Reaktion und/oder
Komplexbildung mit den oxidierten Kohlenhydratgruppen am Protein
befähigt
ist, oder Z kann gleich N sein; R1 ist eine
Thiol Schutzgruppe, die unter Bedingungen entfernt werden kann,
die die Immunreaktivität
des Proteins nicht signifikant verringern; R2 und
R3 können
gleich oder unterschiedlich sein und repräsentieren jeweils eine Acylgruppe
oder eine substituierte Acylgruppe oder Hydrogen, Alkyl, Aryl, substituiertes
Alkyl oder substituiertes Aryl, wobei die Substituenten an den Alkyl-
oder Arylgruppen Metall-ligierende Gruppen sind, die ausgewählt sind
aus: Sulfhydryl, Amin und Carboxysäure oder deren geschützte Derivate;
R2 und R3 können auch
jede andere Gruppe sein, die zur Reaktion und/oder Komplexbildung
mit den oxidierten Kohlenhydratgruppen am Protein befähigt ist.
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In
Formel (II) ist D gleich H oder CH2SR1; E kann jede Gruppe sein, die zur Reaktion
und/oder Komplexbildung mit den oxidierten Kohlenhydratgruppen am
Protein befähigt
ist; R1 ist eine Thiol Schutzgruppe, die
unter Bedingungen entfernt werden kann, die die Immunreaktivität des Proteins
nicht signifikant verringern, und m ist gleich 0, 1, 2 oder 3.
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In
Formel (III) kann Q jede Gruppe sein, die zur Reaktion und/oder
Komplexbildung mit den oxidierten Kohlenhydratgruppen am Protein
befähigt
ist; R1 ist eine Thiol Schutzgruppe, die
unter Bedingungen entfernt werden kann, die die Immunreaktivität des Proteins
nicht signifikant verringern; und jedes n ist unabhängig gleich
2 oder 3.
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Repräsentative
Beispiele für
Ia, Ib und Ic sind unten dargestellt. In einigen davon ist die Antikörper-bindende
Gruppe als Hydrazid gezeigt, aber nicht darauf beschränkt. Es
sind nur die Thiol-geschützten
Versionen der Strukturen (mit 'R' gleich Acyl, Benzoyl
oder 2-Thiopyridyl) gezeigt, obwohl die Metallkomplexbildung thiolentschützte Konjugate
einschließt.
Die Synthese der BFCs kann durch im Stand der Technik wohlbekannte Verfahren
erreicht werden. Repräsentative
Synthesen einiger BFCs und Verfahren der Konjugation sind in den Beispielen
9–14 dargestellt.
-
-
-
Die
in dem BFC verwendete Thiol Schutzgruppe kann jede organische oder
anorganische Gruppe sein, die unter milden Bedingungen einfach entfernt
werden kann, um in Anwesenheit des Proteins das freie Sulfhydryl
wiederherzustellen, ohne die Aktivität des Proteins grundlegend
zu verändern.
Beispiele für
geeignete Schutzgruppen umfassen Thioester, Thiocarbamate und Disulfide.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist
die Thiol Schutzgruppe ein Benzoesäurethioester. Der Fachmann
ist mit den Verfahrensweisen zum Schützen und Entschützen von
Thiolgruppen vertraut. Zum Beispiel können Benzoesäurethioester
unter milden und selektiven Bedingungen durch Hydroxylamin entschützt werden.
Wenn das Amin jedoch ein Hydrazid ist, wird die Thiolgruppe bevorzugt
als Disulfid geschützt,
bspw. mit der 'R' Funktion als 2-Pyridylthiogruppe.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann das oxidierte Kohlenhydrat zur Konjugation von Gruppen
für ein
Pretargeting des Antikörpers
verwendet werden. Das Pretargeting von monoklonalen Antikörpern ist
zur „Entkopplung" des Antikörper Targeting
Schrittes und des Schrittes der Zuführung eines Radiodiagnostikums/Radiotherapeutikums
in Antikörper-basierten
Agenzien von Nutzen. Durch die Reduzierung der Menge von Radioisotop
in der Zirkulation bei gleichzeitigem Beibehalten einer hohen Aufnahme
des Antikörpers
an seinem Ziel, sind eine Reduzierung der Strahlungsdosis auf Blut
und blut-bildende Gewebe und höhere
Ziel : Nicht-Ziel-Verhältnisse
des Radioisotops möglich.
Typische Beispiele von Pretargeting-Ansätzen sind: die Verwendung von
Antikörper-Avidin-
(oder Antikörper-Streptavidin-) Konjugaten
in einem Vorlokalisationsschritt, gefolgt durch Zuführung eines
Isotops, das an einen Biotin-Anteil konjugiert ist; die Verwendung
von Antikörper-Biotin-Konjugaten
in einem Vorlokalisierungsschritt gefolgt durch die Zuführung eines
Isotops, das an einen Avidin- (oder Streptavidin-) Anteil konjugiert
ist; oder die Verwendung von Antikörper-Biotin-Konjugaten in einem
Vorlokalisierungsschritt gefolgt durch die Zuführung eines Avidin- (oder Streptavidin-)
Anteils und nachfol gende Zuführung
eines Isotops, das an einen Biotinanteil konjugiert ist. Andere
Paare von Agenzien, die auf ähnliche
Weise als sekundäre
Targeting Vektoren verwendet werden können, sind bspw.: zwei komplementäre Sequenzen
von einzelsträngigen
Nukleinsäuren;
ein Enzym zusammen mit seinem spezifischen Substrat; oder ein Protein
zusammen mit seinem spezifischen Liganden, so wie intrinsischer
Faktor und Vitamin B12.
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Zusätzliche
Targeting Schritte sind ebenso durchführbar und auch die Verwendung
von mehr als einer radiomarkierten Species ist möglich, wie in der U.S. Patentanmeldung
Nr. 08/051 144 beschrieben ist, die durch Verweis in ihrer Gesamtheit
in der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Andere Ansätze zum
Erreichen einer höheren
Menge an Therapeutikum am Antikörper-Zielort
umfassen die Aufnahme bspw. eines Antikörper-Biotin(Avidin)-Radioisotop-Konjugats
als Vehikel für
eine Isotopzuführung
in einem späteren
Schritt, das auf ein Target gerichtet ist, das zuvor mit Antikörper-Avidin(Biotin)
als Target ausgestattet wurde. In diesem Beispiel hat das Antikörper-Biotin(Avidin)-Radioisotop-Konjugat
zwei Stellen, nämlich
Antigen und Avidin (Biotin), die als Targets dienen können. Siehe
zum Beispiel U.S. Patentanmeldung Nr. 08/062 662, die durch Verweis
in ihrer Gesamtheit in der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
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Die
Anwesenheit von Kohlenhydrat in der leichten Kette von Antikörperfragmenten
ermöglicht
eine Ortsspezifität
der Konjugation von geeigneten Pretargeting Reagenzien an Antikörperfragmente
wie F(ab')2. Im Falle von Fab' Fragmenten, die freie Thiolgruppen
tragen, ermöglicht
die Anwesenheit von sowohl Kohlenhydrat- als auch Thiol-Funktionen
zusätzlich
die ortsspezifische Konjugation von zwei unterschiedlichen Teilen, die
jeweils unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweisen können.
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Beispiele
für Systeme
zur Herstellung von Pretargeting Konjugaten (unterstrichen) sind
unten gezeigt:
(Avidin-Thiol) plus (Maleimid-L-hydrazid) bildet
(Avidin-L-hydrazid)
2 (Avidin-L-hydrazid) plus (CHO-Fab'-S-S-Fab'-CHO) bildet (Avidin)2-F(ab')2
(Avidin)2-F(ab')2 reduziert
mit 2-Mercaptoethanol bildet 2 × Avidin-Fab'-SH
Avidin plus
(Succinimid-L-maleimid) bildet (Avidin-L-maleimid)
(Avidin-L-maleimid)
plus Avidin-Fab'-SH
bildet (Avidin)2-Fab'
(Avidin-CHO) plus (Hydrazid-L-hydrazid)
bildet (Avidin-L-hydrazid)
2 (Avidin-L-hydrazid) plus (CHO-Fab'-S-S-Fab'-CHO) bildet (Avidin)2-F(ab')2
(Avidin)2-F(ab')2 reduziert
mit 2-Mercaptoethanol bildet 2 (Avidin-Fab'-SH)
Avidin-Fab'-SH plus (Avidin-Maleimid) bildet (Avidin)2-Fab'
n(Biotin-L-hydrazid)
plus (CHO-Fab'-S-S-Fab'-CHO) bildet (Biotin)n-F(ab')2
wobei n eine ganze Zahl ist, üblicherweise
von 1 bis ungefähr
30; L bezeichnet einen Linker, Hydrocarbon, Alkyl, Acyl oder eine
Verbindung, die zwei unterschiedliche reaktive Funktionalitäten voneinander
trennt und die kommerziell erhältliche
Proteinquervernetzungsagenzien einschließt. In den oben beschriebenen
Beispielen kann Streptavidin anstelle von Avidin verwendet werden.
Wenn angegeben, können
unter Verwendung von Standardreagenzien wie Natriumperiodat bzw.
2-Mercaptoethanol
Kohlenhydratanteile oxidiert werden, um Aldehyde herzustellen, und
Disulfidbindungen können
zur Erzeugung freier Thiole reduziert werden. Thiolgruppen können durch
die Verwendung bekannter thiolierender Agenzien wie 2-Iminothiolan in Avidin
eingeführt werden.
Freie Thiol-Gruppen an den Avidin (Streptavidin)-Fab' Konjugaten können vor
ihrer Verwendung optional blockiert werden, bspw. mit Iodacetamid.
Alternativ kann die freie Thiol-Gruppe als reaktive Gruppe für eine weitere
Modifikation verwendet werden, bspw. durch Radiomarkierung mit Tc-99m
oder durch Konjugation mit einem Agens wie einem poly(Ethylenglykol)
(PEG) Derivat, das über
eine Maleimid-Reaktion für
die nachfolgende Kopplung an freie Thiolgruppen aktiviert ist.
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Die
F(ab')2-basierten
Streptavidin/Avidin-Konjugate erhalten zwei nicht-sterisch beeinträchtigte
Antigenbindungsstellen und alle acht Biotin-Bindungsstellen, und
monovalente Fab'-Einheiten
tragen eine oder zwei Streptavidin/Avidin-Einheiten pro Fab' bei vollem Erhalt
der Biotin-Bindungsfähigkeit.
Die Verwendung des Kohlenhydrats bedeutet, dass mehrere Biotin Einheiten über das
oxidierte Kohlenhydrat an jedes Fragmentmolekül gekoppelt sein können, ohne
in die Antigen-Bindungsfähigkeit
des Fragments einzugreifen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung stellt die Konjugation an Kohlenhydratreste der leichten
Kette, die von der Antigenbindungsstelle entfernt liegen, sicher,
dass die Bindung eines nachfolgend verabreichten klärenden zweiten
Anti körpers
nicht gestört
wird, wenn der zweite Antikörper
ein antiidiotypischer Antikörper
ist. In diesem Fall wird der zweite Antikörper an den zirkulierenden
Antikörper über seine
Antigen-Bindungsstelle binden, und der Targeting Antikörper wird über die
Leber entfernt werden. Die Verwendung dieses Systems hat den Vorteil,
das keine der sekundären
Stellen des Targeting Antikörpers
(bspw. Avidine oder Biotine) während
des Klärschrittes
blockiert sind.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung können
Chelate, die radioaktive Nuklide tragen, über verstoffwechselbare Bindungen
an das oxidierte Kohlenhydrat der leichten Kette gebunden sein.
Ein Problem, das häufig
mit der Verwendung von Antikörperfragmenten
in radiotherapeutischen und radiodiagnostischen Anwendungen einhergeht,
ist eine potentiell gefährliche
Anhäufung
der radiomarkierten Antikörperfragmente in
der Niere. Wenn das Konjugat unter Verwendung eines Säure- oder Base-labilen
Linkers hergestellt wurde, kann nützlicherweise eine Abspaltung
des radioaktiven Chelats vom Antikörper erfolgen. Wenn das Chelat
ein relativ geringes Molekulargewicht aufweist, wird es nicht in
der Niere zurückgehalten
und in den Urin abgesondert, wodurch die radioaktive Exposition
der Niere reduziert wird. Chelate mit geringem Molekulargewicht,
die für
diese Anwendung geeignet sind, umfassen bspw. die oben beschriebenen
bifunktionalen Chelate und DOTA oder DTPA-ähnliche Chelate. Jedes dieser
Moleküle
kann durch im Stand der Technik bekannte Standardmethoden verändert werden,
um reaktive funktionelle Gruppen zu liefern, die säurelabile
Bindungen mit Carbonylgruppen am oxidierten Kohlenhydrat des Antikörperfragments
bilden können.
Beispiele für
geeignete säurelabile
Bindungen umfassen Hydrazon- und Thiosemicarbazon-Funktionen. Diese
werden durch Reaktion des oxidierten Kohlenhydrats mit Chelaten,
die Hydrazid-, Thiosemicarbazid- bzw. Thiocarbazid-Funktionen tragen,
gebildet. Die Herstellung und Konjugation eines Thiocarbazid-Derivates
von DTPA wird in Beispiel 15 dargestellt.
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Alternativ
können
basen-spaltbare Linker verwendet werden, die für eine verstärkte Klärung von
bifunktionalen Chelat-99Tc-markierten Fragmenten
aus den Nieren verwendet wurden. Siehe zum Beispiel Weber et al.,
Bioconjug. Chem. 1: 431 (1990). Die Kopplung eines bifunktionalen
Chelats an Kohlenhydrat der leichten Kette über eine Hydrazid-Bindung kann
basen-sensitive Esteranteile in einem Verbindungs-Abstandhalter-Arm
einbringen. Ein Beispiel für
eine derartige Ester-enthaltene Verbindungseinheit ist Ethylenglykolbis(succinimidylsuccinat)
(EGS, zu beziehen von Pierce Chemical Co., Rockford, IL), das zwei
terminale N-Hydroxysuccinimid (NHS) -Esterderivate von zwei 1,4-Dibuttersäureeinheiten
aufweist, von denen jede durch zwei Alkylester an einen einzigen
Ethylenglykolteil gebunden ist. Ein NHS Ester kann durch einen geeigneten Amin-enthaltenden
BFC (bspw. 2-Aminobenzyl DTPA) ersetzt sein, während der andere NHS Ester
mit einer limitierenden Menge Hydrazin zur Reaktion gebracht wird.
Das resultierende Hydrazid wird zur Kopplung an das Kohlenhydrat
der leichten Kette eines Antikörpers
oder Antikörperfragments
verwendet, wobei eine Antikörper-BFC
Bindung, die zwei Alkylesterfunktionen enthält, gebildet wird. Ein derartiges
Konjugat ist bei physiologischem pH stabil, wird jedoch bei basischem
pH leicht gespalten.
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In
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist es möglich, durch Anbringung eines diagnostischen
oder therapeutischen Prinzips an einen Kohlenhydratanteil und an
eine freie Sulfhydrylgruppe ein „divalentes Immunkonjugat" aufzubauen. Eine
derartige freie Sulfhydrylgruppe kann sich in dem Scharnierbereich
der Antikörperkomponente
befinden.
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6. Verwendung
von Immunkonjugaten für
Diagnose und Therapie
-
A. Verwendung von Immunkonjugaten
für die
Diagnose
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Das
bildgebende diagnostische Verfahren mit radiomarkierten monoklonalen
Antikörpern
ist wohlbekannt. Siehe zum Beispiel Srivastava (ed.), RADIOLABELED
MONOCLONAL ANTIBODIES FOR IMAGING AND THERAPY; Plenum Press (1988);
Chase, „Medical
Applications of Radioisotopes," in
REMINGTON'S PHARMACEUTICAL
SCIENCES, 18th Edition, Gennaro et al. (eds.)
Mack Publishing Co., pp. 624–652
(1990); und Brown, "Clinical
Use of Monoclonal Antibodies," in
BIOTECHNOLOGY AND PHARMACY, Pezzuto et al. (eds.), Chapman & Hall, pp. 227–249 (1993).
Dieses Verfahren, auch als Immunoszintigraphie bezeichnet, verwendet
eine Gamma-Kamera, um den Aufenthaltsort von Gamma-emitierenden
Radioisotopen, die an monoklonale Antikörper konjugiert sind, zu ermitteln.
Diagnostische bildgebende Verfahren können zur Diagnose von kardiovaskulären Krankheiten
und von Infektionskrankheiten verwendet werden. Brown, supra.
-
Die
vorliegende Erfindung beabsichtigt die Verwendung von Immunkonjugaten
zur Diagnose kardiovaskulärer
Krankheiten. Zum Beispiel können
Immunkonjugate, die Antimyosinfragmente enthalten, zur bildlichen
Darstellung von myokardialer Nekrose in Verbindung mit einem akuten
myokardialen Infarkt verwendet werden. Immunkonjugate, die Antikörperfragmente
aufweisen, die Blutplättchen
und Fibrin binden, können
zur bildlichen Darstellung von Thrombosen in tief liegenden Venen
verwen det werden. Darüber
hinaus können
Immunkonjugate, die Antikörperfragmente
aufweisen, die aktivierte Blutplättchen
binden, zur bildlichen Darstellung von artheriosklerotischen Plaques
verwendet werden.
-
Immunkonjugate
der vorliegenden Erfindung können
auch in der Diagnose von Infektionskrankheiten verwendet werden.
Zum Beispiel können
Immunkonjugate, die Antikörperfragmente
aufweisen, die spezifisch bakterielle Antigene binden, zur Lokalisierung
von Abszessen verwendet werden. Zusätzlich können Immunkonjugate, die Antikörperfragmente
aufweisen, die Granulozyten und Entzündungsleukozyten binden, zur
Lokalisierung von Stellen einer bakteriellen Infektion verwendet
werden. Zahlreiche Studien haben die Verwendung monoklonaler Antikörper für die szintigraphische
Erkennung von Krebs bewertet. Siehe zum Beispiel Brown, supra, und
die dort gegebenen Verweise. Die Untersuchungen haben die Haupttypen
von festen Tumoren wie Melanom, kolorektales Karzinom, Ovarkarzinom,
Brustkarzinom, Sarkom und Lungenkarzinom abgedeckt. Daher beabsichtigt
die vorliegende Erfindung die Erkennung von Krebs unter Verwendung
von Immunkonjugaten, welche Antikörperfragmente aufweisen, die
Tumormarker binden, um Krebs zu erkennen. Beispiele derartiger Tumormarker
umfassen karzinoembryonales Antigen, Alpha-Fetoprotein, onkogene Produkte, Tumor-assoziierte
Zelloberflächenantigene
und Nekrose-assoziierte intrazelluläre Antigene.
-
Zusätzlich zur
Diagnose können
bildgebende Verfahren mit monoklonalen Antikörpern verwendet werden, um
therapeutische Antworten zu überwachen,
ein Wiederauftreten einer Krankheit zu erkennen und die nachfolgenden
klinischen Entscheidungen zu steuern.
-
Für die diagnostische
Bildgebung können
Radioisotope entweder direkt oder indirekt durch die Verwendung
einer intermediären
funktionalen Gruppe an Antikörperfragmente
gebunden werden. Derartige intermediäre funktionale Gruppen umfassen
DOTA, DTPA und EDTA. Die Strahlungsdosis, welcher der Patient ausgeliefert
wird, wird so niedrig wie möglich
gehalten. Dies wird erreicht, indem die Isotope so ausgewählt werden,
dass die beste Kombination aus minimaler Halbwertszeit, minimaler
Rückhaltung
im Körper
und minimaler Menge an Isotop, die einen Nachweis und genaue Messung
erlaubt, erreicht wird. Beispiele für Radioisotope, die an Antikörper gebunden
werden können
und zur diagnostischen Bildgebung geeignet sind, umfassen 99mTc und 111In.
-
Studien
legen nahe, dass Antikörperfragmente,
insbesondere Fab und Fab',
vorteilhafte Tumor/Hintergrund Verhältnisse bieten. Brown, supra.
Daher ist die Verwendung von Fab und Fab' Antikörperfragmenten zur Herstellung
von Immunkonjugaten eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Die
Beibehaltung der Divalez bei Verwendung eines F(ab)2 oder
eines F(ab')2 Targeting Vektors führt jedoch zu höheren absoluten Mengen
von Antikörper
am Ziel im Vergleich zu monovalenten Fragmenten und kann in manchen
Geweben zu besseren Ziel : Nicht-Ziel Verhältnissen führen.
-
Die
Immunkonjugate, die im Zusammenhang mit vorliegender Erfindung nützlich sind,
können
zur Verwendung in der in vitro Diagnose auch mit paramagnetischen
Ionen markiert werden. Elemente, die zur magnetischen Resonanz Bildgebung
besonders nützlich
sind, umfassen GdIII, Mn, Dy und Fe Ionen.
-
In
einer Ausführungsform
der Erfindung sind multiple Chelatmoleküle wie DTPA direkt an das oxidierte Kohlenhydrat
der leichten Kette des Antikörperfragments
konjugiert, was die Chelatbildung einer großen Zahl von paramagnetischen
Ionen ohne die Notwendigkeit eines Zwischenstufenträgers ermöglicht.
Für die
Verwendung mancher Typen von Zwischenstufenträgern wurde herausgefunden,
dass sie zerstörerische
Auswirkungen auf die mit Metallchelaten erzeugten Ergebnisse der
Bildgebung mittels magnetischer Resonanz haben. Siehe zum Beispiel
Wiener et al., Magnetic Resonance in Medicine 31: 1–8 (1994).
Die direkte Konjugation von Chelaten auf diese Weise beseitigt daher
derartige Probleme.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung benutzt das Immunkonjugat ein Polyamidoamindendrimer
als Zwischenstufenträger
zur Anbringung eines chelatbildenden Teils wie DTPA. Für derartige
Dendrimere wurde gezeigt, dass sie verschiedene Vorteile gegenüber anderen
Molekülen
für die
Verwendung als Träger
von paramagnetischen Ionen für
die Bildgebung mittels magnetischer Resonanz besitzen. Siehe zum
Beispiel Wiener et al., supra.
-
Die
vorliegende Erfindung beabsichtigt auch die Verwendung von Immunkonjugaten,
um die Anwesenheit bestimmter Antigene in vitro zu erkennen. In
derartigen Immuntests können
die Immunkonjugate in flüssiger
Phase oder an einen Festphasenträger
gebunden verwendet werden. Zum Beispiel kann ein intakter Antikörper oder
ein Antigen bindendes Fragment davon an ein Polymer wie Aminodextran
gebunden sein, um die Antikörperkomponente
an einen unlöslichen
Träger
wie polymerummantelte Kügelchen,
Platten oder Röhren
zu binden.
-
Alternativ
können
die Immunkonjugate der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden,
die Anwesenheit bestimmter Antigene in Gewebeschnitten, die aus
einer Gewebeprobe hergestellt wurden, zu ermitteln. Diese in situ
Erkennung kann durch Aufbringung eines nachweisbar markierten Immunkonjugats
auf den Gewebeschnitt erfolgen. In situ Erkennung kann dazu verwendet
werden, die Anwesenheit eines bestimmten Antigens zu bestimmen und
die Verteilung des bestimmten Antigens in dem untersuchten Gewebe
zu bestimmen. Allgemeine Techniken der in situ Erkennung sind dem
durchschnittlichen Fachmann wohlbekannt. Siehe zum Beispiel Ponder, „Cell Marking
Techniques and Their Application," in MAMMALIAN DEVELOPMENT: A PRACTICAL
APPROACH, Monk (ed.); IRL Press, pp. 115–138 (1987); Coligan et al.,
supra.
-
Nachweisbare
Marker wie Enzyme, fluoreszierende Komponenten, Elektonentransferagenzien
und ähnliche
können
durch übliche,
im Stand der Technik wohlbekannte Verfahren an einen Träger gebunden
werden. Diese markierten Träger
und die daraus hergestellten Immunkonjugate können ungefähr so wie ein Antikörperkonjugat,
das durch direkte Anbringung des Markers an dem Antikörper hergestellt
wurde, für
in vitro Immuntests und zur in situ Erkennung verwendet werden.
Die Beladung des Immunkonjugats gemäß vorliegender Erfindung mit
einer Vielzahl von Markern kann jedoch die Sensitivität des Immuntests
oder des histologischen Verfahrens erhöhen, wo nur ein geringer Grad
an Bindung des Antikörpers
oder Antikörperfragments ans
Zielantigen erreicht wird.
-
B. Verwendung von Immunkonjugaten
in der Therapie
-
Immunkonjugate
können
zur Behandlung viraler und bakterieller Infektionskrankheiten, kardiovaskulärer Krankheiten,
Autoimmunkrankheiten und Krebs verwendet werden. Brown, supra. Das
Ziel solcher Therapie ist es, zytotoxische Dosen von Radioaktivität, Toxin
oder Arzneimittel an Zielzellen heran zu bringen, während die
entsprechenden Dosen für
Nicht-Zielgewebe minimiert werden.
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Wie
oben erläutert
kann ein Radioisotop an einen intakten Antikörper oder ein Antigen bindendes Fragment
davon direkt oder indirekt über
ein chelatbildendes Agens gebunden werden. Bspw. kann 67Cu,
das aufgrund seiner 61,5 Stunden Halbwertszeit und der reichlichen
Abgabe von beta-Teilchen und gamma-Strahlen für eines der vielversprechendsten
Radioisotope für
die Radioimmuntherapie gehalten wird, an eine Antikörperkomponente
konjugiert werden, indem das chelatbildende Agens p-Bromacetamidobenzyltetraethylamintetraessigsäure (TETA)
verwendet wird. Cha se, supra. Alternativ kann 90Y,
das ein energiereiches beta-Teilchen emittiert, unter Verwendung
von Diethylentriaminpentaessigsäure
(DTPA) oder bevorzugt Tetraazazyklododecantetraessigsäure (DOTA)
an einen intakten Antikörper
oder ein Antigen bindendes Fragment davon gekoppelt werden, wie
hierin beschrieben.
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Die
Verwendung des Kohlenhydratanteils der leichten Kette eines Antikörperfragments
für die
direkte Konjugation von vielfältigen
Molekülen
eines Chelatbildners bietet eine attraktive mögliche Lösung für das Problem, das mit der
Verwendung von DOTA als Chelatbildner für 90Y
einhergeht. Es wurde gezeigt, dass DOTA aufgrund seiner hohen Bindungskonstante
und der niedrigen Dissoziationsgeschwindigkeit des 90Y-DOTA Komplexes
das bevorzugte chelatbildende Agens für 90Y
ist. Siehe zum Beispiel Camera et al., J. Nucl. Med. 35: 882–888 (1994).
Aufgrund der sehr langsamen Kinetik der Metallbindung ist es dennoch
schwierig, hohe Einbauraten bei der 90Y
Markierung von DOTA Immunkonjugaten zu erreichen. Siehe zum Beispiel
Wu et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 4: 449–454 (1994). Wu et al., supra,
haben kürzlich
die Verwendung eines Polyamidoamindendrimer-Intermediats zur Konjugation
von 10–11
DOTA Molekülen über nicht
ortsspezifische Verfahren an intakte Antikörper beschrieben und gezeigt,
dass dies die 90Y Koordinationsrate erhöhte, um
die spezifische Aktivität
des Konjugats auf akzeptierbare Niveaus zu erhöhen. In der vorliegenden Erfindung
können ähnlich hohe
Zahlen von DOTA Molekülen
direkt an Kohlenhydrate der leichten Kette eines Antikörperfragments
konjugiert werden, was die 90Y Koordinationsrate
erhöht
und die Herstellung von Konjugaten mit hohen Einbauraten ohne die
Verwendung eines Zwischenstufenkonjugats erlaubt. Zusätzlich kann
bei einem IgG, das beide Arten von Kohlenhydraten trägt, das
Kohlenhydrat an der leichten Kette zusammen mit dem Kohlenhydrat
der schweren Kette als Stelle zur Beladung mit Haptenen verwendet
werden und damit eine erhöhte
Hapten-Beladungskapazität
des Immunkonjugats ermöglichen.
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Alternativ
können
Dendrimere ähnlich
zu denen, die von Wu et al. verwendet wurden, als Zwischenstufenträger verwendet
werden, was die Konjugation von sogar noch größeren Zahlen von DOTA Molekülen und
das Erreichen noch höherer
Einbauraten von 90Y in Immunkonjugate ermöglicht.
Wu et al. erreichten durch die Verwendung von nicht ortsspezifischen
Konjugationsverfahren nur ein 1 : 1 Verhältnis von Dendrimer zu Antikörper. In
der vorliegenden Erfindung ermöglicht
die Anwesenheit einer großen
Anzahl von Zuckerresten am Kohlenhydrat der leichten Kette, die
alle potentielle Konjugationsstellen sind, Träger : Antikörper Verhältnisse von über eins.
Darüber
hinaus wird die Immunreaktivität
des Immunkonjugats, da das Kohlenhydrat die Antigenbindungsstelle
nicht beeinflusst, nicht bemerkenswert verringert.
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Alternativ
können
Bor-Addenden wie Carborane an intakte Antikörper oder Antigen bindende
Fragment davon gebunden werden. Carborane können mit Carboxylfunktionen
an angehängten
Seitenketten dargestellt werden, wie im Stand der Technik wohlbekannt
ist. Die Anbringung von Carboranen an einen Träger wie Aminodextran kann durch
Aktivierung der Carboxylgruppe des Carborans und Kondensation mit
Aminen am Träger
erreicht werden. Das Zwischenstufenkonjugat wird dann an die Antikörperkomponente
konjugiert. Nach der Verabreichung des Immunkonjugats wird ein Bor-Addend
durch thermische Neutronenbestrahlung aktiviert und in radioaktive
Atome umgewandelt, die unter Erzeugung hoch toxischer, kurzreichender
Effekte durch α-Emission
zerfallen.
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Darüber hinaus
können
Immunkonjugate hergestellt werden, bei denen das therapeutische
Prinzip ein Toxin oder ein Arzneimittel ist. Nützliche Toxine für die Herstellung
derartiger Immunkonjugate umfassen Ricin, Abrin, Pokeweed Antivirales
Protein, Gelonin, Diphtherietoxin und Pseudomonas Endotoxin. Nützliche
chemotherapeutische Arzneimittel für die Herstellung von Immunkonjugaten
umfassen Doxorubicin, Daunorubicin, Methotrexat, Melphalin, Chlorambucil,
Vinca Alkaloide, 5-Fluoruridin und Mitomycin-C.
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C. Verabreichung von Immunkonjugaten
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Im
allgemeinen wird die Dosierung der verabreichten Immunkonjugate
abhängig
von solchen Faktoren wie Alter, Gewicht, Größe, Geschlecht, allgemeiner
medizinischer Zustand und medizinische Vorgeschichte des Patienten
variieren. Typischerweise ist es erstrebenswert, dem Empfänger eine
Immunkonjugatdosis im Bereich von ungefähr 1 pg/kg bis 10 mg/kg (Menge
Agens/Körpergewicht
des Patienten) zuzuführen,
obwohl auch eine niedrigere oder höhere Dosis verabreicht werden
kann. Bspw. haben viele Studien eine erfolgreiche diagnostische
Bildgebung mit Dosen von 0,1 bis 1,0 mg gezeigt, während andere
Studien eine verbesserte Lokalisierung mit Dosen über 10 mg
gezeigt haben. Brown, supra.
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Für therapeutische
Anwendungen werden ungefähr
10–200
Milligramm Immunkonjugat verabreicht werden, normalerweise über mehrere
Tage hinweg täglich.
Um die Empfindlichkeit des Patienten zu vermindern kann es notwendig
sein, die Dosis zu vermindern und/oder Antikörper einer anderen Art zu verwenden und/oder
hypoal lergene Antikörper,
bspw. hybride menschliche oder Primaten-Antikörper, zu verwenden.
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Die
Verabreichung von Immunkonjugaten an einen Patienten kann intravenös, intraarteriell,
intraperitoneal, intramuskulär,
subkutan, intrapleural, intrathekal, durch Perfusion durch einen
regionalen Katheter oder durch direkte intraläsionale Injektion erfolgen.
Bei der Verabreichung der Immunkonjugats durch Injektion kann die
Verabreichung durch kontinuierliche Infusion oder durch einzelne
oder mehrfache Bolus erfolgen.
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Immunkonjugate
von Bor-Addend-beladenen Trägern
zur thermischen Neutronenaktivierungstherapie werden normalerweise
in ähnlicher
Weise verwendet. Jedoch wird es von Vorteil sein, abzuwarten, bis
nicht an Zielmoleküle
gebundene Immunkonjugate geklärt
sind, bevor die Neutrionenbestrahlung durchgeführt wird. Eine solche Klärung kann
durch Verwendung eines zweiten Antikörpers beschleunigt werden,
wie bspw. aus U.S. Patent Nr. 4 624 846 bekannt ist.
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Die
Immunkonjugate der vorliegenden Erfindung können gemäß bekannter Verfahren formuliert
sein, um pharmazeutisch wirksame Verbindungen herzustellen, wobei
Immunkonjugate in einer Mischung mit einem pharmazeutisch verträglichen
Träger
kombiniert werden. Eine Verbindung wird als „pharmazeutisch verträglicher
Träger" bezeichnet, wenn
seine Verabreichung durch einen Empfängerpatienten toleriert werden
kann. Sterile phosphat-gepufferte Salzlösung ist ein Beispiel für einen
pharmazeutisch verträglichen
Träger.
Andere geeignete Träger
sind dem Fachmann wohlbekannt. Siehe zum Beispiel REMINGTON'S PHARMACEUTICAL SCIENCES,
18th Ed. (1990).
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Zum
Zweck der Immuntherapie werden einem Patienten ein Immunkonjugat
und ein pharmazeutisch verträglicher
Träger
in therapeutisch wirksamer Menge verabreicht. Eine Kombination eines
Immunkonjugats und eines pharmazeutisch verträglichen Trägers wird als „in therapeutisch
wirksamer Menge verabreicht" bezeichnet,
wenn die verabreichte Menge physiologisch bedeutsam ist. Ein Agens
ist physiologisch bedeutsam, wenn seine Anwesenheit eine nachweisbare Änderung
der Physiologie eines Empfängerpatienten
zur Folge hat.
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Zusätzliche
pharmazeutische Verfahren können
angewendet werden, um die Dauer der Wirkung eines Immunkonjugats
in einer therapeutischen Anwendung zu kontrollieren. Präparate zur
kontrollierten Freisetzung können
durch die Verwendung von Polymeren zur Komplexierung oder Adsorption
eines Immunkonjugats hergestellt werden. Zum Beispiel beinhalten
biokompatible Polymere Grundsubstanzen aus Poly(Ethylen-co-Vinylacetat)
und Grundsubstanzen aus einem Polyanhydrid-Copolymer eines Stearinsäuredimers
und Sebacinsäure.
Sherwood et al., Bio/Technology 10: 1446–1449 (1992). Die Geschwindigkeit
der Freisetzung eines Immunkonjugats von einem derartigen Grundmaterial
ist abhängig
vom Molekulargewicht des Immunkonjugats, von der Menge an Immunkonjugat
in der Grundsubstanz und von der Größe gelöster Teilchen. Saltzman et
al., Biophysical. J. 55: 163–171
(1989); und Sherwood et al., supra. Andere feste Dosierungsformen sind
beschrieben in REMINGTON'S
PHARMACEUTICAL SCIENCES, 18th Ed. (1990). Nachdem nun die Erfindung
allgemein beschrieben wurde, wird diese leichter zu verstehen sein,
wenn die folgenden Beispiele berücksichtigt
werden, welche zum Zwecke der Erklärung gegeben sind und nicht
beabsichtigen, die vorliegende Erfindung einzuschränken, sofern
dies nicht angemerkt ist.
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Beispiel 1
-
Darstellung von Immunkonjugaten
unter Verwendung monoklonaler Antikörper, denen eine natürlich vorkommende
Asn-Glykosylierungssignalsequenz im FR1 Bereich der variablen Domäne der leichten
Kette fehlt
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(a) Einführung einer
Asn-Glykosylierungssignalsequenz durch Mutagenese
-
Eine
Asn-Glykosylierungssignalsequenz wird durch Veränderung der Nukleotidsequenz,
die die Aminosäurereste
18–20
kodiert, an Aminosäureposition
18–20
des FR1 Bereiches der variablen Domäne der leichten Kette eines
monoklonalen Antikörpers
eingeführt.
Im Beispiel wurde die Aminosäuresequenz Arg18Val19Ser20 in der Framework-1 Sequenz der variablen
Region der leichten Kette des Maus monoklonalen Antikörpers PKAPPA(11)24
gefunden, der von MPC-11 Zellen produziert wird. Rabbitts et al.,
Can. J. Biochem. 58: 176–187
(1980); Kabat et al., SEQUENCES OF PROTEINS OF IMMUNOLOGICAL INTEREST,
U.S. Department of Health and Human Sevices (1983). Der Arg Rest
an Position 18 wird durch die Sequenz AGG kodiert. Id. Daher ist
das Ziel der Mutagenesetechnik, die Nukleotidsequenz von AGG zu
AAC zu verändern,
wodurch Asn kodiert wird.
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Die
Polymerase-Kettenreaktion (PCR) Technik wird angewendet, um die
Asn-Glykosylierungsstelle entsprechend
dem Verfahren von Orlandi et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86:
3833–3837
(1989) einzuführen. In
diesem Verfahren wird die gesamte zelluläre RNA aus ungefähr 5 × 108 MPC-11 Zellen (ATCC CCL 167) gerei nigt
und mRNA wird durch Standardverfahren über Oligo-(dT)-Zellulose aus
der Gesamt-RNA abgetrennt. Die cDNA Synthese des ersten Stranges
wird unter Verwendung des VK1FOR Primers durchgeführt, der
ein von Orlandi et al. beschriebener VK Region 3' Primer ist. Eine 50 μl Reaktionsmischung,
die enthält: 10 μg mRNA, 20
pmol VK1FOR Primer, 250 μM
eines jeden dNTP, 10 mM Dithiothreitol, 100 mM Tris-HCl (pH 8,3),
10 mM MgCl2 und 140 mM KCl, werden 10 Minuten
bei 70°C
inkubiert und anschließend
abgekühlt.
Reverse Transkriptase (46 Units) wird zugegeben und die Mischung
wird eine Stunde bei 42°C
inkubiert. Die Reaktion wird durch Erhitzen der Reaktionsmischung
für 5 Minuten
auf 90°C
beendet.
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Alternativ
kann der erste Strang cDNA aus gesamter zellulärer RNA aus MPC-11 Zellen synthetisiert werden,
indem das SUPERSCRIPTTM Preamplification
System (Gibco/BRL; Gaithersburg, MD) mit dem VK1FOR Primer verwendet
wird.
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Die
VK Sequenzen werden mittels eines 5' Primers amplifiziert, der die ersten
20 Aminosäuren
der VK Domäne
kodiert, mit der Ausnahme, dass Aminosäuren 18–20 eine Asn-Glykosylierungsstelle
kodieren. In diesem Beispiel wird der Aminosäurerest an Position 18 wie
oben erläutert
durch AAC kodiert. PCR Reaktionsmischungen enthalten 10 μl des Erststrang
cDNA Produktes, 9 μl
10 × Puffer
(500 mM KCl, 100 mM Tris-HCl (pH 8,3), 15 mM MgCl2 und
0,01% (w/v) Gelatine), 5 μl
VK1FOR und 5' Primer
und 5 Units AMPLITAQTM DNA Polymerase (Perkin
Elmer Cetus; Norwalk, CA). Die Mischungen werden mit Paraffinöl überschichtet
und 30 Runden von Temperaturzyklen in einem programmierbaren Heizblock
ausgesetzt. Ein typischer Zyklus besteht aus: Denaturierung für eine Minute
bei 94°C,
Annealing für
1,5 Minuten bei 50°C
und Polymerisierung für
1,5 Minuten bei 72°C.
-
Die
DNA Probe wird zwei Mal mit Ether extrahiert, ein Mal mit Phenol,
ein Mal mit Phenol/Chloroform und anschließend mit Ethanol gefällt. Alternativ
kann die DNA Probe nach Elektrophorese durch ein Agarosegel gereinigt
werden.
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Amplifizierte
VK Fragmente werden auf einem 2%igen Agarosegel gemäß Standardtechniken
gereinigt. Die ungefähr
300 Basenpaar VK Fragmente werden dann mit den Restriktionsenzymen
PvuII und BglII verdaut und in die komplementären Restriktionsschnittstellen
eines Klonierungsvektors ligiert. Verschiedene Klonierungsvektoren
sind kommerziell erhältlich.
Zum Beispiel sind die pGEMTM Vektoren (Promega;
Madison, WI) und ZAP EXPRESSTM Vektoren
(Stratagene Cloning Systems; La Jolla, CA) zur Klonierung des VK
Fragments verwendbar. Alternativ kann ein Vektor verwendet werden,
der einen geeigneten Immunglobulinpromotor- und -leadersequenz enthält. Siehe
zum Beispiel Orlandi et al., supra. Die ligierte DNA wird mittels
eines Standard Calciumchlorid-Verfahrens in kompetente E. coli DH5α Zellen transformiert.
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Zur
Analyse der klonierten DNA werden Transformanten über Nacht
bei 37°C
in SOC (2% Bacto-Trypton, 0,5% Bacto-Hefeextrakt, 10 mM NaCl, 2,5
mM KCl, 10 mM MgCl2, 10 mM MgSO4 und
20 mM Glukose) angezogen. Das SOC Medium enthält das passende Antibiotikum,
um auf das Wachstum von Bakterien, die den Vektor enthalten, zu
selektieren. Zum Beispiel enthält
das SOC Medium 50 μg/ml
Ampicillin zur Selektion auf das Wachstum von Bakterien, die einen
pGEMTM Vektor tragen. Mini-Plasmid-DNA-Präparationen
der Kolonien werden gemäß Standardverfahren
hergestellt und der Restriktionsverdau-Analyse unterzogen. DNA von
positiven Kolonien wird mittels der Didesoxymethode von Sanger et
al., Proc. Natl. Sci. USA 75: 5463–5467 (1977) sequenziert. Die
Ergebnisse der DNA Sequenzbestimmung werden dazu verwendet, sicher zu
stellen, dass keine unerwünschten
Mutationen durch die PCR Reaktion eingeführt wurden und dass die Mutationen)
in der 18–20
Region eingeführt
wurde(n).
-
(b) Transfektion von Säugerzellen
-
Restriktionsenzyme
werden dazu verwendet, das DNA Fragment aus dem Aufbewahrungsvektor
herauszuschneiden, das die VK-Sequenz mit der Asn-Glykosylierungssignalsequenz
an Position 18 enthält.
Das DNA Fragment wird dann in einen passenden Säuger-Expressionsvektor kloniert.
Ein derartiger Vektor sollte die kodierende Sequenz der konstanten
Region, einen Immunglobulin-Enhancer, einen Kappa-Enhancer und einen
Arzneimittelselektionsmarker (bspw. das Hygromycinresistenzgen)
enthalten. Als Beispiel siehe Orlandi et al., supra.
-
Ungefähr 10 μg des linearisierten,
die leichte Kette tragenden Expressionsvektors, der den mutierten VK
Bereich enthält,
und 20–30 μg des linearisierten,
die schwere Kette tragenden Expressionsvektors werden durch Elektroporation
mittels Standardverfahren in Säugerzellen
kotransfektiert. Zum Beispiel werden ungefähr 106 SP2/0-AG14
nicht-sekretierende Myelomzellen (ATCC CRL 1581) gemäß der Technik
von Co et al., J. Immunol. 148: 1149–1154 (1992) oder gemäß ähnlicher
Techniken, die entweder in Sambrook et al., supra, oder in CURRENT
PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY, Ausubel et al., eds., John Wiley & Sons (1989) beschrieben
sind, transfektiert. Nach der Transfektion werden die Zellen in
96-Loch Mikrotiterplatten in vollständig Hybridomaserum-freiem
Medium (GIBCO/BRL) bei 37°C
in 5% Kohlendioxid angezogen. Zwei Tage später wird der Selektionsprozess
durch Zugabe von Medium, das das passende Selektionsmittel (zum
Beispiel Hygromycin) enthält,
initiiert. Üblicherweise
zeigen sich zwei bis drei Wochen nach der Elektroporation Kolonien.
Zur Expansion werden die Kolonien in 24-Loch Schalen überführt.
-
(c) Assay für Antikörper-sekretierende
Transfektoma-Klone
-
Ein
ELISA Test wird verwendet, um Antikörper-sekretierende Transfektoma-Klone
zu selektieren. Kurz gesagt werden Überstände von konfluenten Vertiefungen
verdünnt
und 100 μl
einer jeden Verdünnung
werden dreifach in ELISA Mikrotiterplatten zugegeben, die zuvor
mit Schaf anti-Maus IgG spezifischem Antikörper beschichtet wurden (The
Binding Site Ltd.; San Diego, CA). Nach Inkubation der Mikrotiterplatten
für eine
Stunde bei Raumtemperatur werden ungebundene Proteine entfernt,
indem die Platten drei Mal mit Waschpuffer (PBS mit 0,05% Polysorbat-20) gewaschen werden.
Gebundene Antikörper
lässt man
mit Peroxidase-konjugiertem Ziegen
anti-Maus IgG-spezifischem Antikörper
(HyClone Laboratories; Logan, Utah) reagieren. Nach dreimaligem
Waschen der Platte mit Waschpuffer werden in jede Vertiefung 100 μl Substratlösung (3,3
mg/ml ortho-Phenylendiamin und 0,12% Wasserstoffperoxid in 0,02
M Citratpuffer (pH 5,0)) zugegeben. Die Farbentwicklung erfolgt
30 Minuten lang im Dunklen, und die Reaktion wird durch die Zugabe
von 50 μl
4 M HCl pro Vertiefung gestoppt. Ein automatisierter ELISA-Plattenleser (Bio-Tek
Instrument; Winooski, VT) wird zur Absorptionsmessung bei 490 nm
verwendet.
-
Alternativ
können
chimäre
oder humanisierte mutierte Antikörper
nachgewiesen werden, indem ELISA Mikrotiterplatten mit Ziegen anti-Mensch
Fab oder Kappa-spezifischem
Antikörper
(Jackson ImmunoResearch; West Grove, PA) beschichtet werden und
gebundener Antikörper
mit Peroxidase-konjugiertem Ziegen anti-Mensch Fc-spezifischem Antikörper (Jackson
ImmunoResearch; West Grove, PA) nachgewiesen wird.
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(d) Reinigung und Analyse
der Antikörper
-
Transfektoma-Zellen
werden als 500 ml Kulturen in serum-freiem Medium angezogen bis
sie konfluent sind. Die Kulturen werden zentrifugiert, um die Zellen
zu pelletieren, und die Überstände werden
durch eine 0,2 Micron Membran gefiltert. Antikörper werden isoliert, indem
die Überstände mittels
Schwerkraft mit einer Geschwindigkeit von 0,5–1 ml/min durch eine drei Milliliter
Protein-A Säule
geschickt werden. Die Säule
wird anschließend
mit 20 ml PBS gewaschen und gebundene Antikörper werden mit 10 ml einer
Lösung,
die 0,1 M Glycin und 10 mM EDTA (pH 3,5) enthält, eluiert. Ein Milliliter
Elutionsfraktionen werden in Anwesenheit von 10 μl 3 M Tris (pH 8,6) gesammelt.
Das Vorhandensein von Antikörpern
wird durch Absorptionsmessung bei 280 nm erkannt und Elutionsfraktionen,
die eine Absorption über
dem Hintergrund aufweisen, werden vereinigt, gefiltert, gegen PBS
dialysiert und mit einer Centricon 30® (Amicon;
Beverly, MA) konzentriert. Die Antikörper Endkonzentrationen werden
durch ELISA bestimmt und Antikörperkonzentrationen
werden auf 1 mg/ml in PBS mit 0,01% (w/v) Natriumazid eingestellt.
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Glykosylierung
der leichten Kette wird durch Elektrophorese der gereinigten Antikörper oder
Antikörperfragmente
auf einem 4–20%
SDS-Polyacrylamid-Gradientengel
unter reduzierenden Bedingungen gemäß Standardverfahren durchgeführt. Siehe
zum Beispiel CURRENT PROTOCOLS IN IMMUNOLOGY, Coligan et al., eds.,
John Wiley & Sons
(1991). Das Vorhandensein der Glykosylierung der leichten Kette
wird durch ein höheres
apparentes Molekulargewicht und die Anwesenheit mehrerer Banden
der leichten Kette angezeigt.
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(e) Herstellung von Konjugaten
-
Die
direkten oder indirekten Verfahren können an dieser Stelle angewendet
werden, um Immunkonjugate zu erhalten, wie unten beschrieben ist.
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Beispiel 2
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Herstellung von Antikörperfragmenten
-
Fab,
Fab', F(ab)2 oder F(ab')2 Fragmente
können
aus Transfectoma-Zellen erhalten werden, indem das Strukturgen für die schwere
Kette im Expressionsvektor für
die schwere Kette mutiert wird. Die Fab Expression wird erreicht,
indem ein Stopp-Codon
auf die Sequenz der CH1 Domäne
folgend eingeführt
wird. Im Gegensatz dazu werden die Fab' und F(ab')2 Expression
erreicht, indem ein Stopp-Codon nach der Sequenz, die den Scharnierbereich
der schweren Kette kodiert, eingeführt wird. Antikörperfragmente
werden aus Transfektoma-Kulturüberständen durch
Größenausschluss-Chromatographie,
Ionenaustausch-Chromatographie oder Affinitäts-Chromatographie gereinigt, wie in Coligan
et al., supra, beschrieben. Alternativ kann ein kommerziell erhältliches
Reinigungssystem wie eine Quick MAB Säule (Sterogen; Santa Clara,
CA) zur Reinigung der Fragmente verwendet werden.
-
Alternativ
können
Antikörperfragmente
aus intakten Antikörpern
durch Proteolyse erzeugt werden. Diese Techniken sind dem Fachmann
wohlbekannt. Siehe zum Beispiel Coligan et al., supra, auf Seiten 2.8.1–2.8.10.
Siehe auch Stanworth et al. „Immunochemical
Analysis of Human and Rabbit Immunoglobulins and Their Subunits," in HANDBOOK OF EXPERIMENTAL
IMMUNOLOGY, Vol. 1, D. M. Weir, ed., Blackwell Scientific pp. 12.1–12.46 (1986)
und Parham "Preparation
and Purification of Active Fragments from Mouse Monoclonal Antibodies," Id. auf Seiten 14.1–14.23.
Als Beispiel kann preaktiviertes Papain folgendermaßen zur
Herstellung von F(ab)2 Fragmenten aus IgG1
oder Fab Fragmenten von IgG2a oder IgG2b verwendet werden. Die Papainaktivierung
erfolgt durch Inkubation von 2 mg/ml Papain (2 × rekristallisierte Suspension,
Sigma #P3125) und 0,05 M Cystein (freie Base, kristallin; Sigma
#C7755) für
30 Minuten in einem 37°C
Wasserbad. Um Cystein zu entfernen wird die Papain/Cystein Mischung
auf eine PD-10 Säule
(Pharmacia #G-25) aufgetragen, die mit 20 ml Acetat/EDTA Puffer
(0,1 M Acetat mit 3 mM EDTA, pH 5,5) äquilibriert wurde. Fraktionen
werden durch Absorptionsmessung bei 280 nm untersucht und die zwei
oder drei Fraktionen, die Protein enthalten, werden vereinigt. Die
Konzentration des preaktivierten Papains wird durch folgende Formel
bestimmt: (Absorption bei 280 nm)/2,5 = mg preaktiviertes Papain/ml.
-
Zur
Bereitstellung von Antikörper
für den
Verdau werden 10 mg Antikörper
in 2 bis 5 ml PBS gegen Acetat/EDTA Puffer dialysiert. Fünfhundert
Mikrogramm preaktiviertes Papain wird der dialysierten Antikörperlösung zugegeben
und die Mischung wird mittels „Vortex" gemischt. Nach 6–12 Stunden
Inkubation in einem 37°C
Wasserbad wird Papain durch Zugabe von kristallinem Iodacetamid
(Sigma #16125) auf eine Endkonzentration von 0,03 M inaktiviert.
Die Mischung wird dann bei 4°C
6–12 Stunden
lang gegen 1 Liter PBS (pH 8,0) dialysiert.
-
Um
unverdauten Antikörper
und Fc Fragmente zu entfernen, wird die Mischung auf eine Protein-A-Sepharose-Säule aufgetragen,
die mit PBS (pH 8,0) äquilibriert
wurde. Ungebundene Fraktionen werden in 2 ml Aliquots gesammelt
und vereinigt. Nach der Konzentrierung der Vereinigung auf 5 ml
oder weniger wird das Protein durch Größenausschluss-Chromatographie
fraktioniert und die Ergebnisse werden durch SDS-PAGE analysiert.
-
Beispiel 3
-
Direkte Konjugation an
dem Kohlenhydratanteil der FR1 Region der variablen Domäne der leichten
Kette von F(ab')2 Fragmenten
-
(a) Konjugation des Maus
LL2 F(ab')2 Fragments mit Chelatbildner
-
LL2
ist ein Maus monoklonaler Antikörper,
von dem bekannt ist, dass er wirksam für die Diagnose und Behandlung
von Nicht-Hodgkins B-Zell-Lymphom eingesetzt werden kann. Goldenberg
et al., J. Clin. Oncol. 9: 548–564
(1991); Murthy et al., Eur. J. Nucl. Med. 19: 394–401 (1992);
Das LL2 F(ab')2 Fragment wurde entweder mit Aminobenzyl-DTPA
(DTPA) oder einem Derivat von DTPA, das den langkettigen Linker
-CSNH(CH2)10NH2 enthält
(LC-DTPA), konjugiert. Kurz gefasst, wurde LL2 F(ab')2 Fragment
(2,5 mg) in ungefähr 1
ml einer 50 mM Acetat-gepufferten 0,9% Salzlösung (ABS; pH 5,3) im Dunklen
durch Behandlung mit Natriummetaperiodat (210 μl einer 5,68 mg/ml Lösung) eine
Stunde lang bei 0°C
oxidiert. Die Reaktionsmischung wurde mit Ethylenglykol (20 μl) behandelt,
um das unreagierte Periodat zu zersetzen, und das oxidierte Antikörperfragment
wurde unter Verwendung einer Sephadex® G-50/80
Säule (Pharmacia;
Piscataway, NJ), äquilibriert
mit PBS (pH 6,1), gereinigt. Das oxidierte Fragment wurde dann mit
einem Überschuss
DTPA oder LC-DTPA reagiert. Nach 40 Stunden bei Raumtemperatur wurde
die Schiffsche Base mit NaBH3CN reduziert. Konjugierte
Antikörper
wurden mittels einer Zentrifugations-Größenausschluss-Säule (Sephadex® G-50/80), die
mit 0,1 M Acetat (pH 6,5) äquilibriert
war, gereinigt. Die Konzentrationen der Antikörperkonjugate wurden durch
Absorptionsmessung bei 280 nm bestimmt.
-
Das
Verhältnis
von Chelatbildner-Molekül
pro Molekül
Antikörperfragment
wurde durch einen Metallbindungstest bestimmt. Der Test wurde durchgeführt, indem
ein Aliquot von LL2 F(ab')2-Chelatbildner-Konjugat mit 0,1 M Ammoniumacetat
(pH 7) und 2 M Triethanolamin gemischt wurde, und die Mischung bei
Raumtemperatur mit einem bekannten Überschuss an Kobaltacetat,
dotiert mit 57Kobaltacetat, inkubiert wurde.
Nach 30 Minuten wurde EDTA (pH 7) auf eine Endkonzentration von
10 mM zugegeben. Nach weiteren 10 Minuten Inkubation wurde die Mischung
durch unmittelbare Dünnschicht-Chromatographie
(instant thin layer chromatography, ITLC) analysiert, wobei 10 mM
EDTA zur Entwicklung verwendet wurde. Der Bruchteil der Radioaktivität, der an
den Antikörper
gebunden war, wurde durch Auszählen
von Ausschnitten von ITLC Streifen an einem gamma-Zähler bestimmt.
Die Ergebnisse zeigten, dass ungefähr 6 Moleküle DTPA pro Antikörperfragment
und ungefähr
5 Moleküle
LC-DTPA pro Antikörperfragment
vorhanden waren.
-
(b) Bestimmung der Immunreaktivität von LL2
F(ab')2-Chelatbildner-Konjugaten
-
Die
Immunreaktivitäten
der LL2 F(ab')2-DTPA- und LL2 F(ab')2-LC-DTPA-Konjugate
wurden mittels eines ELISA Tests bestimmt. Die Ergebnisse zeigten,
dass LL2 F(ab')2 und die DTPA- und LC-DTPA-Konjugate ähnliche
Bindungsaktivitäten
gegenüber
einem LL2 antiidiotypischen Antikörper zeigen.
-
Zusätzlich wurden
die Immunreaktivitäten
der LL2 F(ab')2-DTPA- und LL2 F(ab')2-LC-DTPA-Konjugate in
einem Bindungskonkurrenztest untersucht. In diesen Experimenten
wurde ein menschlicher chimärer
LL2 (IgG/Kappa) Antikörper
verwendet, um mit LL2 F(ab')2 oder einem seiner Konjugate bei der Bindung
an Raji Lymphomzellen (ATCC CCL 86) zu konkurrieren. Raji Zellen
wurden in DMEM Medium kultiviert, das mit 10% fetalem Kälberserum
und 2 mM L-Glutamin ergänzt
wurde. Zellen wurden bei 37°C
in 5% Kohlendioxid erhalten. Zellmedium und Komponenten wurden von
Gibco/BRL (Gaithersburg, MD) bezogen.
-
In
diesen Studien wurde 1 μg
des chimären
LL2 (IgG/Kappa) mit 5 × 105 Raji Zellen in Anwesenheit unterschiedlicher
Konzentrationen von LL2 F(ab')2 oder seiner Konjugate in einem Endvolumen
von 100 μl PBS,
ergänzt
mit 1% fetalem Kälberserum
und 0,01% (w/v) Natriumazid (PBS-FA), inkubiert. Die Gemische wurden
30 Minuten lang bei 4°C
inkubiert und anschließend
drei Mal mit PBS gewaschen, um ungebundene Antikörper zu entfernen. Das Ausmaß an verbleibender
Bindung durch chimären
LL2 nach Konkurrenz wurde bestimmt durch Zugabe von 100 μl einer Lösung eines
Ziegen anti-Mensch Fc-spezifischen Antikörpers, der mit Fluoresceinisothiocyanat
(20 × verdünnte Stammlösung in
PBS-FA) markiert wurde, und Inkubation für 30 Minuten bei 4°C. Nach dreimaligem
Waschen der Mischung mit PBS wurde die Fluorszenzintensität mittels
eines FACSCAN Zellsorters für
fluoreszenzaktivierte Zellen gemessen. Die Ergebnisse dieser Studien
zeigten, dass LL2 F(ab')2 und seine Konjugate eine ähnliche
Bindung zu Raji Zellen aufwiesen.
-
Somit
zeigen diese Studien, dass beide Konjugate immunreaktiv waren und
Bindungsaktivitäten ähnlich zu
denen der unkonjugierten LL2 F(ab')2 Fragmente
aufwiesen.
-
(c) Markierung mit 111Indium
-
Die
LL2 F(ab')2-Chelatbildner-Konjugate wurden folgendermaßen mit 111Indium markiert. 111Indiumchlorid
wurde mittels Ammoniumacetat bei pH 5,5 gepuffert, so dass die Endkonzentration
an Acetat ungefähr
0,2 M war. 111Indiumacetat wurde zu einer
Lösung
von LL2 F(ab')2-Konjugat in 0,1 M Acetat (pH 6,5) gegeben
und die Mischung wurde ungefähr
eine Stunde lang inkubiert. Die Reaktionsgemische enthielten entweder
9,7 μg LL2
F(ab')2-DTPA
und 72,6 μCi 111Indium oder 10 μg LL2 F(ab')2-LC-DTPA und
126,7 μCi 111Indium.
-
Das
Ausmaß des 111Indium-Einbaus wurde durch Inkubation
des Markierungsgemisches mit 10 mM EDTA für 10 Minuten und nachfolgende
ITLC Untersuchung unter Verwendung von 10 mM EDTA zur Entwicklung
untersucht. In diesem Test bewegt sich 111Indium
an die Lösungsfront,
während
Antikörper-gebundenes 111Indium am Ursprung verbleibt. Das Vorhandensein
von kolloidalem 111Indium wurde durch ITLC
(koaufgetragen mit humanem Serumalbumin) getestet, wobei eine Wasser
: Ethanol : Ammoniak (5 : 2 : 1) Lösung zur Entwicklung verwendet
wurde. In diesem System repräsentiert
der am Ursprung verbleibende radioaktive Anteil kolloidales 111Indium. Zusätzlich wurden alle Markierungsgemische
mittels Radio-Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographie
(radio-high pressure liquid chromatography, Radio-HPLC) analysiert.
Die Ergebnisse dieser Studien zeigten, dass 111Indium-markiertes
LL2 F(ab')2-DTPA eine spezifische Aktivität von 7,47 μCi/μg Protein
aufweist und dass 111Indium zu 97,4% (bestimmt
durch ITLC) oder 92,5% (bestimmt durch Radio-HPLC) eingebaut wurde.
Darüber
hinaus hat 111Indium-markiertes LL2 F(ab')2-LC-DTPA eine spezifische Aktivität von 12,67 μCi/μg Protein
und 111Indium wurde zu 95,6% (bestimmt durch
ITLC) oder 94% (bestimmt durch Radio-HPLC) eingebaut. Die Menge
an kolloidalem 111Indium ist üblicherweise
etwa 1 bis 3%.
-
(d) Markierung mit 90Yttrium
-
LL2
F(ab')2-Chelatbildner-Konjugate
wurden wie oben beschrieben hergestellt. Die Konjugate wurden folgendermaßen mit 90Yttrium markiert. Kurz beschrieben wurde
kommerziell erhältliches 90Yttriumchlorid (DuPont NEN; 17,68 μl; 5,63 mCi)
mit 35,4 μl
0,5 M Acetat (pH 6,0) gepuffert. Die Lösung wurde 5–10 Minuten
bei Raumtemperatur stehen gelassen und dann zur Radiomarkierung
verwendet.
-
90Yttrium markiertes LL2 F(ab')2-DTPA
wurde erzeugt durch Mischen von 90Yttriumacetat
(128,7 μCi) mit
LL2 F(ab')2-DTPA (30 μg; 8,3 μl), Inkubation bei Raumtemperatur
für 1 Stunde
und Verdünnen
mit 90 μl
0,1 M Acetat (pH 6,5). 90Yttrium markiertes
LL2 F(ab')2-LC-DTPA wurde erzeugt durch Mischen von 90Yttriumacetat (109,5 μCi) mit LL2 F(ab')2-LC-DTPA
(30 μg;
7,6 μl),
Inkubation bei Raumtemperatur für
1 Stunde und Verdünnen
mit 90 μl
0,1 M Acetat (pH 6,5). Das Ergebnis des Markierungsvorgangs wurde
durch ITLC in zwei Lösungsmittelsystemen
und durch HPLC wie oben beschrieben getestet.
-
90Yttrium markiertes LL2 F(ab')2-DTPA
hatte eine spezifische Aktivität
von 4,29 μCi/μg Protein,
während 90Yttrium markiertes LL2 F(ab')2-LC-DTPA
eine spezifische Aktivität
von 3,65 μCi/μg Protein
hatte. Radio-HPLC-Analyse zeigte, dass 90Yttrium
in LL2 F(ab')2-DTPA zu 96% eingebaut wurde, während 90Yttrium in LL2 F(ab')2-LC-DTPA zu 90% eingebaut
wurde.
-
Beispiel 4
-
Indirekte Konjugation
an dem Kohlenhydratanteil des FR1 Bereiches der variablen Domäne der leichten
Kette von F(ab')2 Fragmenten
-
(a) Herstellung des Zwischenstufenkonjugats
-
Das
Maus F(ab')2 Fragment wurde gemäß dem Verfahren von Shih et
al., Int. J. Cancer 41: 832–839 (1988) über Dextran
mit Dexorubicin konjugiert. Kurz gesagt wurde Aminodextran durch
Lösung
von einem Gramm Dextran (Molekulargewicht 18 kD; Sigma Chemical
Co.; St. Louis, MO) in 70 ml Wasser hergestellt. Das Dextran wurde
durch Zugabe von 0,5 Gramm Natriummetaperiodat und Rühren der
Lösung über Nacht bei
Raumtemperatur teilweise oxidiert, um Polyaldehyddextran zu erzeugen.
Nach der Konzentrierung des Gemisches mit einer Amicon Zelle (YM10
Membran; MWCO = 10000) wurde das Polyaldehyddextran durch Sephadex
G-25 Chromatographie gereinigt und lyophilisiert, um ungefähr 900 Gramm
weißes
Pulver zu erhalten. Polyaldehyddextran wurde anschließend 24
Stunden lang bei Raumtemperatur mit zwei Äquivalenten 1,3-Diamino-2-hydroxypropan
in wässriger
Phase behandelt. Die resultierende Schiffsche Base wurde durch Zugabe von
Natriumborhydrid (0,311 mmol pro 2,15 mmol 1,3-Diamino-2-hydroxypropan)
zur Mischung stabilisiert. Das Gemisch wurde sechs Stunden lang
bei Raumtemperatur inkubiert. Aminodextran wurde mittels einer Sephadex® G-25
Säule gereinigt.
-
Doxorubicin
(Sigma Chemical Co.; St. Louis, MO) wurde aktiviert durch Zugabe
von einem Milliliter wasserfreiem DMF zu 0,1 mmol Doxorubicin in
einem ausgetrocknetem Reacti-Reaktionsgefäß gefolgt durch eine Lösung von
N-Hydroxysuccinimid (23 mg, 0,2 mmol; Sigma) in 750 μl wasserfreiem
DMF und einer Lösung
aus 1,3- Dicyclohexylcarbodiimid
(41,5 mg, 0,2 mmol; Sigma) in 750 μl wasserfreiem DMF. Das Reaktionsgemisch
wurde 16 Stunden lang im Dunklen bei Raumtemperatur unter wasserfreien
Bedingungen gerührt. Das
Nebenprodukt, das heißt
das Harnstoffderivat, präzipitierte
in diesem Lösungsmittelsystem
schlecht. Das Präzipitat
wurde zentrifugiert und die Lösung
wurde in einer versiegelten Flasche bei –20°C aufbewahrt.
-
Doxorubicin-Dextran
Zwischenstufenkonjugat wurde hergestellt durch Verdünnen von
Aminodextran (18 kD; 10 mg) in zwei Milliliter PBS (pH 7,2) und
allmählicher
Zugabe von 0,7 ml der obigen N-Hydroxysuccinimid-aktivierten Doxorubicin
Lösung.
Somit waren 50 Mol Doxorubicin pro Mol Aminodextran vorhanden. Die Lösung wurde
fünf Stunden
lang bei Raumtemperatur gerührt
und nach Entfernung von sämtlichem
Präzipitat wurde
das Konjugat mittels einer Sephadex G-25 Säule gereinigt. Das Doxorubicin-Dextran
Konjugat war durch ein Doxorubicin/Dextran Verhältnis von 14 gekennzeichnet.
-
Alternativ
wurde das Doxorubicin-Dextran Konjugat hergestellt durch Reaktion
von Doxorubicin mit 1-Ethyl-3(3-Dimethylaminopropyl)-carbodiimid
wie beschrieben von Shih et al., Int. J. Cancer 41: 832–839 (1988).
Siehe auch Shih et al., Cancer Research 51: 4192–4198 (1991).
-
(b) Ortsspezifische Bindung
des Zwischenstufenkonjugats an LL2 F(ab')2
-
LL2
F(ab')2 Fragment
(25 mg) in 5 ml PBS (pH 5,5) wurde im Dunklen durch Behandlung mit
Natriummetaperiodat (800 μl
einer 21,5 mg/ml Lösung)
bei Raumtemperatur für
60 Minuten oxidiert. Das Reaktionsgemisch wurde mit Ethylenglykol
(50 μl)
behandelt, um das unreagierte Periodat zu zersetzen, und das oxidierte
Antikörperfragment
wurde mittels einer Sephadex G-25 Säule, die mit 0,05 M HEPES (pH
7,4) äquilibriert
war, gereinigt. Das oxidierte Fragment wurde dann auf 5 mg/ml in
0,05 M HEPES (pH 7,4) konzentriert und mit dem Doxorubicin-Dextran
Konjugat (22 mg) zur Reaktion gebracht. Nach 24 Stunden bei Raumtemperatur
wurde die Schiffsche Base mit NaBH3CN reduziert.
Konjugierter Antikörper
wurde unter Verwendung einer Sepharose CL-6B Säule gereinigt.
-
Mit
diesem Verfahren können
an jedes LL2 F(ab')2 Fragment durchschnittlich neun Doxorubicinmoleküle an die
Kohlenhydratstelle der FR1 Region der variablen Domäne der leichten
Kette gekoppelt werden. Dieses Verhältnis wurde durch Messung der
Konzentrationen von Doxorubicin (A482) und
Protein (A280) bestimmt. Das Konjugat behält 80% der
Immunreaktivität
des unkonjugierten LL2 F(ab')2 Fragments bei, wie durch das oben beschriebene
durchflusszytometrische Verfahren bestimmt wurde.
-
Beispiel 5
-
Einführung einer Asn-gebundenen
Glykosylierungsstelle in die VK FR1 Region von humanisiertem MN14
-
Eine
Asn-Glykosylierungsstelle wurde in die VK FR1 Region von humanisiertem
MN14, einem Antikörper,
der karzinoembryonales Antigen bindet, eingeführt. Kurz gesagt wurde die
Nukleotidsequenz, die Arg18 kodiert, zu
einer Nukleotidsequenz, die Asn18 kodiert,
mutiert, wozu die in Beispiel 1 beschriebene PCR-Methode verwendet
wurde. In diesem Fall wurde DNA aus dem die leichte Kette für humanisierten
MN14 exprimierenden Vektors als Vorlage für die PCR verwendet. Der VKFOR1
Primer von Orlandi et al. wurde als 3' Primer benutzt. Der 5' Primer bestand aus
einem 57-mer, das die ersten 20 Aminosäuren der MN14 VK Domäne kodierte,
mit der Ausnahme, dass das Codon an Position 18 Asn kodierte. Das
ungefähr
300 Basenpaar große PCR
Produkt wurde mit PvuII und BglII verdaut und in komplementäre Stellen
eines Aufbewahrungs- oder Klonierungsvektors ligiert. Kompetente
DH5α Zellen
wurden gemäß Standard
Calciumchloridmethode mit dem Aufbewahrungs- oder Klonierungsvektor
transformiert. Siehe zum Beispiel Ausubel et al., supra.
-
Das
DNA Fragment, das die humanisierte MN14 VK Sequenz mit einer Asn-Glykosylierungssignalsequenz
an Aminosäureposition
18 enthält,
wurde in einen pSVhyg-basierten Expressionsvektor für die leichte Kette
subkloniert. SP2/0-AG14 nicht-sekretierende Myelomzellen wurden
durch Elektroporation mit dem linearisierten Expressionsvektor für die leichte
Kette und mit einem linearisierten Expressionsvektor für die schwere
Kette kotransfektiert. Transfektoma-Zellen wurden unter Verwendung
von Hygromycin-B selektiert und zur Erzeugung von Antikörper kultiviert.
-
Antikörper wurde
gereinigt und auf einem reduzierenden SDS-PAGE Gel analysiert. Die
leichte Kette des glykosylierten humanisierten MN14 wanderte als
multiple Banden und lief bei einem höheren Molekulargewicht als
die nicht-glykosylierte leichte Kette des MN14. Dieses Ergebnis
zeigt, dass die neue Asn-gebundene Glykosylierungsstelle zur Kohlenhydrataddition
verwendet wurde.
-
Bedeutenderweise
waren die MN14 Blockierungsaktivitäten des glykosylierten Antikörpers und
des nicht-glykosylierten MN14 Antikörpers praktisch gleich. Somit
beeinflusst die Glykosylierung in der VK FR1 Region des humanisierten
MN14 nicht seine Immunreaktivität.
-
Beispiel 6
-
Direkte Konjugation von
DOTA an den Kohlenhydratanteil der FR1 Region der variablen Domäne der leichten Kette
von F(ab')2 Fragmenten
-
(a) Konjugation des Maus
RS7 F(ab')2 Fragments mit DOTA
-
Mab
RS7 ist ein sich rasch international verbreitender Antikörper, der
Reaktivität
gegenüber
Lungen-, Bauch-, Blasen-, Brust-, Ovar-, Uterus- und Prostatakarzinomen
zeigt (Stein et al., 1990, Cancer Res. 50, 1330–1336). Durch Anwendung der
oben beschriebenen Verfahren wird eine Glykosylierungsstelle NVT
an Position 18–20
der VK Domäne
von RS7 eingeführt.
Der glykosylierte RS7 wird in SP2/0-AG14 Myelomzellen exprimiert und das
F(ab')2 Fragment
wird wie oben beschrieben erhalten.
-
Zu
2 mg F(ab')2 Fragment von RS7 in 1 ml 0,1 M Phosphat-gepufferter
0,9%iger Natriumchloridlösung pH
7,2 (PBS) werden 400 μl
2,84 mg/ml Natriummetaperiodat gegeben. Das Reaktionsgemisch wird
im Dunklen bei Raumtemperatur 90 Minuten lang gerührt und
es werden 20 μl
Ethylenglykol zugegeben, um die Oxidationsreaktion zu stoppen. Das
oxidierte Antikörperfragment
wird über
eine Sephadex® G-25
Größenausschlusssäule (Pharmacia;
Piscataway, NJ), die mit PBS (pH 6,1) äquilibriert wurde, gereinigt.
Der Antikörper wird
mit einer Centricon 30® (Amicon; Beverly, MA)
auf 2 mg/ml rekonzentriert und mit einem Überschuss 2-p-Aminobenzyl-1,4,7,10-tertraazacyclododecantetraessigsäure (NH2-Bz-DOTA) behandelt. Das Gemisch lässt man
48 Stunden lang bei 4°C
reagieren. Die Schiffsche Base wird in situ durch Zugabe eines 10-fachen molaren Überschusses
(gegenüber
dem Antikörper)
von Natriumcyanoborhydrid und nachfolgendem Rühren für 30 Minuten reduziert. Das
DOTA-F(ab')2-Konjugat wird unter Verwendung einer Zentrifugations-Größenausschluss-Säule (Sephadex® G-50/80),
die mit 0,1 M Acetat-gepufferter
0,9%iger Natriumchloridlösung (ABS,
pH 6,5), die mit säuregewasche nen
Komponenten und mit metallfreien Medien hergestellt wurde, äquilibriert
ist, gereinigt. Die Konzentration des Antikörperkonjugats wird durch seine
Absorption bei 280 nm bestimmt und das Verhältnis von Chelat pro Mol Antikörper wird
durch den Kobalt-57 Bindungstest wie in Beispiel 3 bestimmt.
-
Kommerziell
erhältliches
Yttrium-90 Chlorid (8,9 mCi, 27 μl)
wird mit 81 μl
0,5 M ABS, pH 6, behandelt und die Lösung durch „Vortex" gemischt. Sie wird 15 Minuten stehen
gelassen und dann bei der unten beschriebenen Markierung verwendet.
-
Dem
DOTA-markierten RS7 F(ab')2 Konjugat (1 mg, 73 μl) in einem säuregewaschenen
Kunststoffreaktionsgefäß wird Yttrium-90
Acetat (4,94 mCi, 60 μl)
in ABS zugegeben. Die Gefäßinhalte
werden mittels „Vortex" gut gemischt und
1 Stunde bei Raumtemperatur stehen gelassen. Dann wurden dem Markierungsgefäß 850 μl 0,1 M ABS
zugegeben und gemischt. Das Markierungsergebnis wird durch unmittelbare
Dünnschicht-Chromatographie
in zwei Lösungsmittelsystemen
wie in Beispiel 3 beschrieben getestet.
-
Beispiel 7
-
Indirekte Konjugation
unter Verwendung eines Polyamidoamindendrimers als Zwischenstufenträger an dem Kohlenhydratanteil
der FR1 Region der variablen Domäne
der leichten Kette von F(ab')2, Fragmenten
-
(a) Herstellung des Zwischenstufenkonjugats
-
Das
wie oben beschrieben oxidierte Maus RS7 F(ab')2' Fragment
wurde über
ein Polyamidoamindendrimer der zweiten Generation mit DOTA konjugiert.
Das Dendrimer wurde gemäß dem Verfahren
von Tomalia et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 29: 138–175 (1990)
hergestellt. Das Dendrimer (10 μM
in 8 ml Wasser) wurde 24 Stunden lang mit 150 μM 2-(p-Isothiocyanatobenzyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecyltetraessigsäure bei 40°C, pH 9 reagiert,
wobei periodisch 0,2 M NaOH zugegeben wurde, um den pH der Lösung bei
9,0 zu halten. Unreagierter Ligand wurde durch Ultrazentrifugation
in einer gerührten
Zelle (Amicon, MA), die mit einem 3000 MW cut-off Filter ausgestattet
war, entfernt. Nach Lyophili sierung wurde das Dendrimer-Chelatbildner-Konjugat
in ABS resuspendiert und wie in Beispiel 6 beschrieben an das RS7
F(ab')2 Fragment
konjugiert.
-
Beispiel 8
-
Konjugation von Hz-PEG
(Methoxypolyethylenglykolhydrazid) an das Kohlenhydrat der leichten
Kette von F(ab')2
-
Konjugationsprotokoll
(a)
-
IMMU-LL2-F(ab')2 Kohlenhydratanteil
wurde 90 Minuten lang bei 0°C
mit Natriumperiodat (20 mM Endkonzentration) bei pH 6 oxidiert.
Das oxidierte Fragment wurde durch Zentrifugationssäulentechnik
(Sephadex® G-50-80)
in PBS pH 6,0 vom überschüssigen Periodat
abgetrennt. Die Hydrazonbindung wurde erhalten, indem Methoxy-PEG-hydrazid
(MW 5000, Shearwater Polymers, Inc., Huntsville, AL) im molaren Überschuss
zur gereinigten oxidierten Zwischenstufe gegeben wurde. Die Reaktion
erfolgte zwei Stunden lang bei Raumtemperatur. Die Produkte wurden
mit einer Zentrifugationssäule
mit Sephadex® G-50-80,
0,1 M Natriumphosphat pH 7 gereinigt und durch Größenausschluss-HPLC
unter Verwendung einer BioSil SEC-400 Säule und Elution mit 0,2 M Natriumphosphat,
0,02% Natriumazid, pH 6,8 analysiert.
-
Die
Ergebnisse zeigten 16% unmodifizierte F(ab')2 bei der Reaktion
mit 50 × molarem Überschuss
und nur 2,3% unmodifizierte F(ab')2 bei der Reaktion mit 300 × molarem Überschuss
an Hz-PEG.
-
Konjugationsprotokoll
(b)
-
IMMU-LL2-F(ab')2,
200 μl (2,1
mg, 2,1 × 10–8 mol)
wurde mit 29,4 μl
0,5 M NaIO4 (700 × 2,1 × 10–8 mol) für 45 Minuten
bei 26°C
oxidiert. Das oxidierte Fragment wurde durch zwei aufeinanderfolgende
2,4 ml Zentrifugationssäulen
(Sephadex® G-50-80) in 0,1 M Natriumphosphat
pH 7 vom überschüssigen NaIO4 abgetrennt.
-
Konjugation
von Methoxy-Hz-PEG an das oxidierte Fragment wurde erreicht durch
Inkubation von 205 μl
(1,52 mg, 1,52 × 10–8 mol)
oxidiertem IMMU-LL2-F(ab')2 mit 22,8 mg (300 × 1,52 × 10–8 mol)
Methoxy-Hz-PEG (MW 5000) bei 25°C
für eine
Sunde. Das Konjugat wurde über
(vier aufeinanderfolgende 2,4 ml) Zentrifugationssäulen aus
Sephadex® G-50-80
mit Elution mit 0,1 M Natriumphosphat pH 7 gereinigt. HPLC-Analyse
auf einer Größenausschlusssäule aus
BioSil 400® mit
Elution mit 0,2 M Natriumphosphat, 0,15 M Natriumchlorid, 0,02%
Natriumazid, pH 6,8 zeigte zwei neue Peaks bei 7,4 (16,9%) und 8,3
min (83,1%).
-
Beispiel 9
-
Herstellung des bifunktionalen
chelatbildenden Agens (5)
-
Das
folgende Beispiel verdeutlicht ein Verfahren zur Herstellung eines
besonders bevorzugten bifunktionalen chelatbildenden Agens zur Verwendung
im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung. Das Radiomarkieren
von Proteinen oder Antikörpern,
die endständige
Sulfhydrylgruppen aufweisen, unter Verwendung der bifunktionalen
chelatbildenden Agenzien, die in diesem Beispiel hergestellt werden,
und die Verwendung der radiomarkierten Proteine oder Antikörper in
bildgebenden Radioimmunverfahren oder in Radioimmuntherapieverfahren
liegt im Kenntnisbereich des Fachmanns. Die Reaktionsfolge ist unten
gezeigt.
- (a). Zu einer gerührten Lösung von N-ε-(t-Butoxycarbonyl)lysin in
Tetrahydrofuran (THF), die unter Argon auf 4°C gekühlt ist, wird tropfenweise
Bor-Tetrahydrofurankomplex
(1 Äquivalent)
zugegeben. Nach 2 Stunden wird überschüssiges Bor
durch vorsichtige Zugabe von wässrigem
THF zersetzt. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend 10
bis 18 Stunden lang mit 5 M Natriumhydroxid refluxiert, um die Borsäureester abzubauen.
Die wässrige
Lösung
wurde gründlich
mit Chloroform extrahiert, mit Salzlösung gewaschen, über wasserfreiem
Natriumsulfat getrocknet und in einem Rotationsverdampfer zur Trockenheit
konzentriert, wodurch 2-Amino-6-N(t-butoxycarbonyl)amino-1-hexanol
erhalten wurde (1).
- (b). Die Verbindung (1) wird bei 4°C in Ethanol gelöst und 10
Minuten lang wird Formaldehydgas (erzeugt durch Aufheizen von Paraformaldehyd
in einem Argonstrom) in die Lösung
eingeleitet. Anschließend
wird langsam Natriumborhydrid (10 Äquivalente) zugegeben, wobei
die Temperatur auf 4°C
gehalten wird. Die Mischung wird bis zur Trockene eingedampft und
in schneller Folge werden dem Rest tropfenweise 0,1 M HCl und eine
gesättigte
Natriumbicarbonat Lösung
zugegeben. Die Lösung
wird mit Ethylacetat extrahiert, mit Salzlösung gewaschen und die organische
Schicht über
wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und zur Trockenheit konzentriert.
Das Produkt wird nochmals wie oben beschrieben mit Formaldehyd und
Natriumborhydrid behandelt, um 2-(N,N-Dimethylamino)-6-[N-(t-butoxycarbonyl)amino]-1-hexanol
zu liefern (2).
- (c). Zu einer Lösung
von (2) in Dichlormethan bei 4°C
wird wasserfreies Kaliumcarbonat (20 Äqu.) gegeben und die Suspension
wird kräftig
gerührt,
während
tropfenweise ein Überschuss
Thionylchlorid zugegeben wird. Nach einer Stunde wird das Lösungsmittel
und überschüssiges Thionylchlorid
in einem Rotationsverdampfer entfernt und der Rest mit Ethylacetat
extrahiert. Eindampfen bis zur Trockene ergibt 1-(N,N-Dimethylamino)-5-(t-butoxycarbonyl)amino-1-chlormethylpentan
(3), das wenn nötig
durch Chromatographie über
ein Silicagel weiter gereinigt werden kann.
- (d). Zu einer Lösung
von (3) in Toluen wird 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (2,2 Äqu.) gefolgt
von Thiobenzoesäure
(1,1 Äqu.)
gegeben und die Lösung
wird unter Rückfluss
erhitzt. Der Fortgang der Reaktion wird durch Dünnschicht-Chromatographie (TLC) auf Silicagel-Platten
verfolgt, wobei die Sichtbarmachung mittels 5% Phosphomolybdänsäure in Ethanol
erfolgt. Wenn die Reaktion vollständig ist, wird der organische
Auszug bis zur Trockene eingedampft und der Rest in Chloroform wiedergelöst, ein
Mal mit Wasser gewaschen, über
wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und eingedampft, um rohes
S-Benzoyl-2-(N,N-dimethylamino)-5-(t-butoxycarbonyl)aminomercaptan
(4) zu erhalten. Diese Verbindung wird durch Blitzchromatographie
weiter gereinigt.
- (e). Zu einer bei Raumtemperatur gerührten Lösung von (4) in Dichlormethan
wird Trifluoressigsäure
(10 Äqu.)
gegeben. Nach zwei Stunden wird das Lösungsmittel bis zur Trockene
eingedampft, um (5) zu ergeben, was direkt zur Konjugation an das
oxidierte Kohlenhydrat des Antikörperfragments
verwendet wird.
-
Beispiel 10
-
Kopplung des bifunktionalen
chelatbildenden Agens (5) an einen oxidierten Antikörper
-
LL2
F(ab')2 Fragment
(2,5 mg) in ungefähr
1 ml 50 mM Acetat-gepufferter 0,9%iger Salzlösung (ABS; pH 5,3) wird im
Dunklen durch Behandlung mit Natriummetaperiodat (210 μl einer 5,68
mg/ml Lösung)
bei 0°C für eine Stunde
oxidiert. Das Reaktionsgemisch wird mit Ethylenglykol (20 μl) behandelt),
um das unreagierte Periodat zu zersetzen, und das oxidierte Antikörperfragment
wird über
eine mit PBS (pH 6,1) äquilibrierte
Sephadex G-50-80 Säule
(Pharmacia; Piscataway, NJ) gereinigt. Das oxidierte Fragment wird
dann mit einem Überschuss
an chelatbildendem Agens (5) zur Reaktion gebracht. Nach 40 Stunden
bei Raumtemperatur wird die Schiffsche Base mit NaBH3CN
reduziert. Konjugierter Antikörper
wird über
eine Zentrifugations-Größenausschluss-Säule (Sephadex® G-50-80), äquilibriert
mit 0,1 M Acetat (pH 6,5), gereinigt. Die Antikörperkonjugat-Konzentrationen
werden durch Absorptionsmessung bei 280 nm bestimmt.
-
Beispiel
11
Herstellung eines bifunktionalen chelatbildenden Agens (10)
-
- (a). Zu einer gerührten Lösung von 2-Amino-6-N(t-butoxycarbonyl)amino-1-hexanol
(1) in wasserfreiem Acetonitril wurde wasserfreies Natriumcarbonat
gefolgt von t-Butylbromacetat
(2,2 Äqu.)
gegeben. Das Gemisch wurde 6–10
Stunden lang unter Rückfluss
gerührt
und anschließend
mit Ethylacetat extrahiert. Diese Lösung wurde bis zur Trockene
eingedampft und durch Chromatographie über ein Silicagel gereinigt,
um (6) mit 68–75%
Ausbeute zu liefern.
- (b). Zu einer bei Raumtemperatur gerührten Lösung von (6) in Dichlormethan
wurde Trifluoressigsäure
(10 Äqu.)
gegeben. Nach 1 Stunde wurde das Lösungsmittel in vacuo entfernt
und der Rest in trockenem THF gelöst. Die Lösung wurde auf 4°C gekühlt und
Bor-THF Komplex (3 Äqu.)
wurde tropfenweise über
15 Minuten hinweg zugegeben. Nach zweistündigem Rühren wurde überschüssiges Bor mit wässrigem
THF zersetzt und der Borsäureester
wurde durch 10–18
Stunden Refluxierung mit 5 M wässrigem
Natriumhydroxid abgebaut. Das Gemisch wurde mit Ethylacetat extrahiert
und die organische Lösung
wurde mit Salz gewaschen, über
wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und in vacuo bis zur Trockene
eingedampft. Der Rest wurde in THF : Wasser (1 : 1) aufgenommen
und der pH mit 0,1 M NaOH auf 10 eingestellt. Di-t-butyldicarbonat
(2,2 Äqu.)
wurde portionsweise zugegeben, wobei der pH durch die jeweils notwendige
Zugabe von 0,1 M NaOH auf 9–10
gehalten wurde. Eine Stunde nach Beendigung der Zugabe wurde die
Lösung
mit Ethylacetat extrahiert und die organische Schicht in vacuo getrocknet
und eingedampft. Der Rest wurde über
Silicagel chromatographiert, um (7) zu ergeben.
- (c). Zu einer auf 4°C
abgekühlten
Lösung
von (7) in Chloroform wurde wasserfreies Kaliumcarbonat (20 Äqu.) gegeben
und die Suspension wurde kräftig
gerührt,
während
tropfenweise ein Überschuss
Thionylchlorid zugegeben wurde. Nach einer Stunde wurde das Lösungsmittel
und überschüssiges Thionylchlorid in
einem Rotationsverdampfer entfernt und der Rest mit Ethylacetat
extrahiert. Eindampfen bis zur Trockene ergab (8).
- (d). Zu einer Lösung
von (8) in Toluen wurde 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (1,8 Äqu./Chloridgruppe) gefolgt
von Thiobenzoesäure
(1,4 Äqu./Chloridgruppe)
gegeben und die Lösung
unter Rückfluss
erhitzt. Der Fortgang der Reaktion wurde durch Dünnschicht-Chromatographie (TLC)
auf Silicagel-Platten verfolgt, wobei die Sichtbarmachung mittels
5% Phosphomolybdänsäure in Ethanol
erfolgte. Als die Reaktion beendet war, wurde der organische Auszug
bis zur Trockene eingedampft und der Rest in Chloroform gelöst, ein Mal
mit Wasser gewaschen, über
wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und in vacuo eingedampft,
um rohes (9) zu erhalten, das durch Blitzchromatographie weiter
gereinigt wurde. Das 1H NMR Spektrum (400 MHz)
von (9) zeigte Signale bei: 7,95 (m, 6H), 7,55 (t, 3H, J = 8), 7,42
(m, 6H), 3,25–2,75
(m, 13H), 1,6–1,2 (m,
6H), 1,44 (s, 9H).
- (e). Zu einer bei Raumtemperatur gerührten Lösung von (9) in Dichlormethan
wurde Trifluoressigsäure
(10 Äqu.)
gegeben. Nach zwei Stunden wurde das Lösungsmittel bis zur Trockene
eingedampft, um (10) zu ergeben, was direkt zur Konjugation verwendet
wird, wie im obigen Beispiel 10 beschrieben ist.
-
Beispiel
12
Herstellung eines bifunktionalen chelatbildenden Agens (14)
-
- (a). Zu einer Lösung von Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA)
in DMF wird Triethylamin (1 Äqu.)
gefolgt von 4-Nitrophenethylamin (0,25 Äqu.) gegeben. Nach zweistündigem Rühren wird
0,1 M NaOH (Überschuss)
zugegeben. Nach 1 Stunde wird die Lösung mit 0,1 M HCl angesäuert und
die Lösung
in vacuo eingedampft. Der organische Rest wird in wasserfreiem THF
aufgenommen, über
Magnesiumsulfat getrocknet, gefiltert und auf 4°C abgekühlt. Bor-THF Komplex (6 Äqu.) wird
tropfenweise über
15 Minuten hinweg zugegeben. Nach zweistündigem Rühren wird 0,1 M HCl zugegeben,
um Borsäureester
abzubauen. Ein Überschuss
an gesättigter
Natriumbicarbonat-Lösung
wird zugegeben, und das Gemisch mit Ethylacetat extrahiert. Die
organische Lösung
wird mit Salz gewaschen, über
wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und in vacuo bis zur Trockene
eingedampft, um (11) zu ergeben.
- (b). Zu einer bei Raumtemperatur gerührten Lösung von (11) in Methanol wird
Palladium an einem Kohlekatalysator (0,1 Äqu.) gegeben. Die Suspension
wird unter Wasserstoffatmosphäre
gestellt und die Reduktion wird so lange zugelassen, bis TLC die
Abwesenheit von (11) anzeigt. Das Reaktionsgemisch wird drei Mal
mit Argon gespült,
zur Entfernung des Katalysators gefiltert, und bis zur Trockene
eingedampft. Der Rest wird in THF : Wasser (1 : 1) aufgenommen und
der pH mit 0,1 M NaOH auf 10 eingestellt. Di-t-butyldicarbonat (2,2 Äqu.) wird
portionsweise zugegeben, wobei der pH durch die jeweils notwendige
Zugabe von 0,1 M NaOH auf 9–10
gehalten wird. Eine Stunde nach Beendigung der Zugabe wird die Lösung mit Ethylacetat
extrahiert und die organische Schicht getrocknet und in vacuo eingedampft.
Der Rest wird über Silicagel
chromatographiert, um (12) zu ergeben.
- (c). Zu einer Lösung
von (12) in Chloroform bei 4°C
wird wasserfreies Kaliumcarbonat (20 Äqu.) gegeben und die Suspension
kräftig
gerührt,
während
tropfenweise ein Überschuss
Thionylchlorid zugegeben wird. Nach einer Stunde wird das Lö sungsmittel
und überschüssiges Thionylchlorid
in einem Rotationsverdampfer entfernt und der Rest mit Ethylacetat
extrahiert. Das Lösungsmittel
wird in vacuo bis zur Trockene eingedampft und der Rest wird in
Toluen aufgenommen. 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en
(2,2 Äqu.)
wird gefolgt von Thiobenzoesäure
(1,1 Äqu.)
zugegeben und die Lösung
unter Rückfluss
erhitzt. Nach 5 Stunden wurde der organische Auszug bis zur Trockene
eingedampft und der Rest in Chloroform wiedergelöst, ein Mal mit Wasser gewaschen, über wasserfreiem
Natriumsulfat getrocknet und in vacuo eingedampft, um rohes (13)
zu erhalten, das durch Blitzchromatographie weiter gereinigt wird.
- (d). Zu einer bei Raumtemperatur gerührten Lösung von (13) in Dichlormethan
wird Trifluoressigsäure
(10 Äqu.)
gegeben. Nach zwei Stunden wird das Lösungsmittel bis zur Trockene
eingedampft, und der Rest wird direkt zur Konjugation, wie im obigen
Beispiel 10 beschrieben ist, verwendet.
-
Beispiel
13
Herstellung eines bifunktionalen chelatbildenden Agens (19)
-
- (a). Zu einer Lösung von 1,4,8,11-Tetraazacyclotetradecan
in wasserfreiem Acetonitril wird wasserfreies Natriumcarbonat gefolgt
von t-Butylbromacetat (6 Äqu.)
gegeben. Das Gemisch wird 6–10
Stunden lang unter Rückfluss
erhitzt und anschlie ßend
mit Ethylacetat extrahiert. Diese Lösung wird bis zur Trockene
eingedampft und durch Chromatographie über ein Silicagel gereinigt,
um (15) zu liefern.
- (b). Zu einer Lösung
von (15) in Dichlormethan bei Raumtemperatur wird Trifluoressigsäure (10 Äqu.) gegeben.
Nach 2 Stunden wird das Lösungsmittel
bis zur Trockene eingedampft und der Rest in einem minimalen Volumen
DMF gelöst.
Die Lösung
wird auf 4°C
gekühlt
und Thionylchlorid (Überschuss)
wird zugegeben. Nach zwei Stunden wird die Lösung in vacuo bis zur Trockene
eingedampft, um überschüssiges Thionylchlorid
zu entfernen, und Triethylamin (10 Äqu.) wird gefolgt von 4-Nitrophenethylamin
(0,25 Äqu.)
zugegeben. Pulverförmiges
Natriumborhydrid wird portionsweise zugegeben, um die verbleibenden
Säurechloridgruppen
zu reduzieren, gefolgt durch Zugabe von 0,1 M HCl. Die Lösung wird
mit Ethylacetat extrahiert und die organische Lösung wird mit Salz gewaschen
und in vacuo eingedampft. Der Rest wird über Silicagel chromatographiert,
um reines (16) zu ergeben.
- (c). Zu einer gerührten
Lösung
von (16) in Methanol wird Palladium an einem Kohlekatalysator (0,1 Äqu.) gegeben.
Die Suspension wird unter Wasserstoffatmosphäre gestellt und die Reduktion
wird so lange zugelassen, bis TLC die Abwesenheit von (16) anzeigt.
Das Reaktionsgemisch wird drei Mal mit Argon gespült, zur
Entfernung des Katalysators gefiltert, und bis zur Trockene eingedampft.
Der Rest wird in THF : Wasser (1 : 1) aufgenommen und der pH mit
0,1 M NaOH auf 10 eingestellt. Di-t-butyldicarbonat (2,2 Äqu.) wird
portionsweise zugegeben, wobei der pH durch die jeweils notwendige
Zugabe von 0,1 M NaOH auf 9–10
gehalten wird. Eine Stunde nach Beendigung der Zugabe wird die Lösung mit
Ethylacetat extrahiert und die organische Schicht getrocknet und
in vacuo eingedampft. Der Rest wird über Silicagel chromatographiert,
um (17) zu ergeben.
- (d). Zu einer Lösung
von (17) in Chloroform bei 4°C
wird wasserfreies Kaliumcarbonat (20 Äqu.) gegeben und die Suspension
kräftig
gerührt,
während
tropfenweise ein Überschuss
Thionylchlorid zugegeben wird. Nach einer Stunde wird das Lösungsmittel
und überschüssiges Thionylchlorid
in einem Rotationsverdampfer entfernt und der Rest mit Ethylacetat
extrahiert. Das Lösungsmittel
wird in vacuo bis zur Trockene eingedampft und der Rest wird in
Toluen aufgenommen. 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en
(1,8 Äqu./Chloridgruppe)
wird gefolgt von Thiobenzoesäure
(1,4 Äqu./Chloridgruppe)
zugegeben und die Lösung
unter Rückfluss
erhitzt. Nach 5 Stunden wird der organische Auszug bis zur Trockene
eingedampft und der Rest in Chloroform wiedergelöst, ein Mal mit Wasser gewaschen, über wasserfreiem
Natriumsulfat getrocknet und in vacuo eingedampft, um rohes (18)
zu erhalten, das durch Blitzchromatographie weiter gereinigt wird.
- (e). Zu einer Lösung
von (18) in Dichlormethan bei Raumtemperatur wird Trifluoressigsäure (10 Äqu.) gegeben.
Nach zwei Stunden wird das Lösungsmittel
bis zur Trockene eingedampft, um (19) zu ergeben, was direkt zur
Konjugation verwendet wird, wie im obigen Beispiel 10 beschrieben
ist.
-
Beispiel
14
Herstellung eines bifunktionalen chelatbildenden Agens (21)
-
- (a). Zu einer auf 4°C gekühlten Lösung von N-Boc N'-Methylethylendiamin
in Dichlormethan wird Triethylamin (10 Äqu.) gefolgt von Chloracetylchlorid
(1,1 Äqu.)
gegeben. Nach 30-minütigem
Rühren
wird Wasser zugegeben und die organische Phase abgetrennt, getrocknet
und in vacuo zur Trockenheit konzentriert. Der Rest wird in Toluen
aufgenommen und 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (2,2 Äqu.) wird
gefolgt von Thiobenzoesäure
(1,1 Äqu.)
zugegeben und die Lösung
unter Rückfluss
erhitzt. Nach 5 Stunden wird der organische Auszug bis zur Trockene
eingedampft und der Rest in Chloroform wiedergelöst, ein Mal mit Wasser gewaschen, über wasserfreiem
Natriumsulfat getrocknet und in vacuo eingedampft, um rohes (20) zu
erhalten, das durch Blitzchromatographie weiter gereinigt wird.
- (b). Zu einer Lösung
von (20) in Dichlormethan bei Raumtemperatur wird Trifluoressigsäure (10 Äqu.) gegeben.
Nach zwei Stunden wird das Lösungsmittel
bis zur Trockene eingedampft, um (21) zu ergeben, was direkt zur
Konjugation verwendet wird, wie im obigen Beispiel 10 beschrieben
ist.
-
Beispiel
15
Herstellung eines bifunktionalen chelatbildenden Agens (23)
-
- (a). Zu einer auf 4°C gekühlten Lösung von N-Boc-Hydrazin in
Dichlormethan wird Triethylamin (10 Äqu.) gefolgt von Dimethylacryloylchlorid
(1,1 Äqu.)
gegeben. Nach 30-minütigem
Rühren
wird Wasser zugegeben und die organische Phase abgetrennt, getrocknet
und in vacuo zur Trockenheit konzentriert. Der Rest wird in Toluen
aufgenommen und 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (2,2 Äqu.) wird
gefolgt von Thiobenzoesäure
(1,1 Äqu.)
zugegeben und die Lösung
unter Rückfluss
erhitzt. Nach 5 Stunden wird der organische Auszug bis zur Trockene
eingedampft und der Rest in Chloroform wiedergelöst, ein Mal mit Wasser gewaschen, über wasserfreiem
Natriumsulfat getrocknet und in vacuo eingedampft, um rohes (22)
zu erhalten, das durch Blitzchromatographie weiter gereinigt wird.
Die Thiolgruppe wurde mit Natriummethoxid in Methanol entschützt und
das Thiol wurde als eine 2-Pyridylthioleinheit
wiedergeschützt.
- (b). Zu einer Lösung
von (22) in Dichlormethan bei Raumtemperatur wird Trifluoressigsäure (10 Äqu.) gegeben.
Nach zwei Stunden wird das Lösungsmittel
bis zur Trockene eingedampft, um (23) zu ergeben, was direkt zur
Konjugation verwendet wird, wie im obigen Beispiel 10 beschrieben
ist, wobei jedoch der Reduktionsschritt unterbleibt.
-
Beispiel 16
-
Herstellung eines Semicarbazid-Derivates
von DTPA und Konjugation und Radiomarkierung zur Erzeugung eines
Immunkonjugats mit einer säurelabilen
Bindung
-
(a) Herstellung von p-(Thiosemicarbazidyl)benzyl-DTPA
-
p-(Isothiocyanato)benzyl-DTPA
(19,7 μmol)
in 0,5 ml Wasser wurde mit 6,6 μl
einer 55% wässrigen Lösung von
Hydrazinhydrat (6 Äquiv.)
gemischt und der pH der Lösung
wurde mittels festem Natriumcarbonat auf 9,13 eingestellt. Das klare
Reaktionsgemisch wurde 4 Stunden lang bei 37°C inkubiert. Der pH wurde dann auf
12,8 erhöht
und Wasser wurde mittels einer Vakuumpumpe entfernt. Der Rest wurde zwei
Mal mit Isopropanol extrahiert, um restliches Hydrazin zu entfernen,
und in 0,3 ml Wasser gelöst.
Der pH wurde auf 6,5 eingestellt, um eine wässrige Lösung des erforderlichen Produkts
mit einer Konzentration von 60 μmol/ml
zu ergeben.
-
(b) Kopplung von p-(Thiosemicarbazidyl)benzyl-DTPA
an den oxidierten Kohlenhydrananteil von Antikörperfragment LL2-F(ab')2
-
Das
LL2 F(ab')2 Fragment (0,8 ml; 1,95 mg/ml) in 50 mM
Acetat-gepufferter Salzlösung,
pH 5,3, wurde mit Natriummetaperiodat in einer Endkonzentration
von 14,3 mM behandelt und bei 0°C
(Eisbad) 1 Stunde lang inkubiert. Überschüssiges Periodat wurde durch
Glycerol (20 μl)
abgebaut und der oxidierte Antikörper
wurde über
eine Zentrifugations-Größenausschluss-Säule in 0,1
M Phosphatpuffer, pH 7 gereinigt.
-
Die
Lösung
des oxidierten Antikörpers
wurde hinsichtlich Natriumchlorid 150 mM gemacht, der pH wurde auf
6,2 eingestellt (unter Verwendung von festem Natriumphosphat, monobasisch)
und anschließend mit
einem 300-fach molaren Überschuss
an p-(Thiosemicarbazidyl)benzyl-DTPA behandelt. Das Reaktionsgemisch
wurde „gevortext" und im Dunklen bei
Raumtemperatur 18 Stunden lang inkubiert. Das Konjugat wurde über eine
Zentrifugations-Größenausschluss-Säule in 0,1
M Acetat, pH 6,5, gereinigt und in einem Centricon 30 Konzentrator
konzentriert.
-
HPLC
Analyse des Konjugats ergab einen einzigen Peak bei einer mit der
Retentionszeit des unmodifizierten Antikörpers identischen Retentionszeit.
-
(c) Bestimmung der Anzahl
von Chelaten pro LL2-F(ab')2
-
40 μg des obigen
Konjugats wurden mit einem Überschuss
Kobaltacetat, das mit 50–200000
cpm Kobalt-57 Radioisotop dotiert war, markiert. Nach 30 Minuten
wurde das Markierungsgemisch auf 10 mM in EDTA gebracht und auf
den Einbau von Kobalt in den Antikörper untersucht (mittels ITLC
auf Silicagel-imprägnierten Glasfaserstreifen
und 10 mM EDTA zur Chromatogrammentwicklung). Von dem Anteil der
Radioaktivität,
die an den Antikörper
gebunden hat, und der relativen molaren Menge der verwendeten Konjugat-
und Co/57Co-Lösungen
wurde die Anzahl der Chelate pro Antikörperfragment auf 1,25 bestimmt.
-
(d) Radiomarkierung des
Konjugats mit Y-90
-
5 μl (50 μg) der Lösung des
p-(Thiosemicarbazonyl)benzyl-DTPA-F(ab')2 Konjugats
in 0,1 M Natriumacetat (pH 6,5) wurde mit 4 μl Y-90 Acetat (95,5 μCi) gemischt
und 1 Stunde inkubiert. Die Lösung
wurde dann mit 9 μl
0,1 M Natriumacetat verdünnt
und hinsichtlich des Einbaus analysiert. Ein Aliquot des Markierungsgemisches
wurde nach 10-minütiger
Inkubation mit 10 mM EDTA einer unmittelbaren dünnschicht-chromatographischen
Untersuchung unterzogen. Der Y-90 Einbau lag bei 77,3%, wobei 1,2%
der Radioaktivität
in Form von Kolloiden vorlag. Radio-HPLC zeigte einen Einbau von
64%.
-
(e) Radiomarkierung des
Konjugats mit In-111
-
60 μg der Lösung des
p-(Thiosemicarbazonyl)benzyl-DTPA-F(ab')2 Konjugats
wurde mit 124 μCi In-111-acetat
(In-11-chlorid gepuffert mit 0,22 M Ammoniumacetat) vermischt und
45 Minuten bei Raumtemperatur gelassen. Die Analyse eines Aliquots
des Markierungsgemisches nach Inkubation mit 10 mM EDTA zeigte einen
In-111 Einbau ins
Konjugat von 86%. Die Probe wurde mit 0,1 M Acetat auf 90 μl verdünnt und
10 Minuten mit 10 μl
einer 0,1 M DTPA Lösung
(pH 7) inkubiert. Zwei aufeinander folgende Reinigungsschritte durch
Zentrifugations-Größenausschluss-Chromatographie ergab
das In-111 markierte Konjugat.