Detailansicht
Towards radiolabeled peptides for imaging the immune checkpoint target PD-L1
Nedra Jouini
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (DissG: Chemie)
Betreuer*innen
Thomas Mindt ,
Bernhard Keppler
DOI
10.25365/thesis.72057
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-25250.85286.185825-0
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Molekulare Bildgebung und Nuklearmedizin haben zur Auswertung und Charakterisierung biologischer Prozesse durch radionuklide Bildgebung auf zellulärer Ebene beigetragen. Diese Technik ist hilfreich bei der Behandlung verschiedener Krankheiten, insbesondere bei Krebs. Die Weiterentwicklung von Radiopharmazeutika, die auf solide Tumore abzielen, für radionuklide Bildgebungsmodalitäten Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und Single-Photon-Emissions-Computertomographie (SPECT), haben eine frühe Diagnose der Krankheit erleichtert. Desweiteren hat sie die Patienteneinteilung für die Therapie (personalisierte Medizin) unterstützt und damit die Qualität der Primärversorgung verbessert. In den frühen Phasen der Krebsdiagnose ist die Wahl von Therapien, die die angeborenen Reaktionen des Immunsystems aktivieren, um Läsionen und Malignome zu beseitigen, von wesentlicher Bedeutung. Solche Immuntherapien haben sich zu einer neuen Art der Behandlung entwickelt, die es dem Körper ermöglicht, Krebszellen zu unterdrücken, indem er seine natürlichen Abwehrkräfte wiederherstellt. Immuncheckpoints, wie z. B. der programmierte Zelltod-Rezeptor-1 (PD-1) und sein Ligand-1 (PD-L1), sind ein Ziel der Immuntherapie. Solche entscheidenden Biomarker werden sowohl für die Krebsdiagnose als auch für die Behandlung aufgezeigt. Die Wechselwirkung zwischen PD-1 (zu finden auf T-Zellen) und PD-L1 (zu finden auf Krebszellen) führt zu einer T-Zellen-Anergie und damit zur Proliferation von Tumoren. Die Bildgebung mit zielgerichteten Radiopharmaka von Immuncheckpoints, insbesondere von PD-L1, gibt für viele Krebspatienten wertvolle Einblicke in die geeignete Inhibitionstherapie und die Vorhersage, wie sie auf die Behandlung ansprechen werden. Mit einem PET/SPECT-Radiotracer für PD-L1 würde eine erweiterte globale Verwendung, unter Berücksichtigung der verschiedenen Gesundheitsinfrastrukturen, die Vorteile der Immuncheckpoint-Bildgebung und -Inhibitionstherapie (ICI) ausweiten. Diese Doktorarbeit hat daher die Möglichkeit untersucht, einen neuartigen peptidbasierten Radiotracer als ICI-Therapiesonde für die PD-L1-Bildgebung mit PET und SPECT zu entwickeln. Makrocyclische Peptide, beschrieben in der Patentliteratur (von Bristol Myers Squibb), wurden ausgewählt, synthetisiert, mit einem Chelatbildner modifiziert, radioaktiv markiert und als potenzielle Radiotracer in vitro evaluiert. Die Radiomarkierung mit entweder dem PET-Radionuklid Gallium-68 (68Ga) oder dem SPECT-Radionuklid Indium-111 (111In) wurde unter Verwendung des universellen Chelatbildners DOTA ermöglicht. Darüber hinaus wurde eine systematische Untersuchung des SPECT-Radiometalls 111In durchgeführt, um die Bildung unbekannter [111In]In-Spezies zu vermeiden, die die radiochemischen Ausbeuten der Radiomarkierungsexperimente beeinflussten. Die Bildung der unerwünschten Spezies wurde umgangen, indem der [111In]InCl3-Stammlösung Chloridionen zugesetzt wurden, wodurch ihre Rückgewinnung ermöglicht wurde. Ein solches Verhalten der [111In]InCl3-Lösung wurde bisher selten beschrieben, was es zu einer wichtigen Erkenntnis für die Radiochemie-/Pharmazie-Gesellschaft macht. Das Projekt wurde mit dem PET-Radionuklid fortgesetzt, was zu einer erfolgreichen radioaktiven Markierung des synthetisierten makrozyklischen Peptids mit 68Ga führte. Trotz der im Patent berichteten vielversprechenden Werte wurde eine geringe Bindungsaffinität des ausgewählten makrozyklischen Peptids in radioaktiven Rezeptor-Bindungsexperimenten mit PD-L1-exprimierenden Zelllinien beobachtet. Der Affinitätsverlust, angezeigt durch die zellulären Assays, könnte durch die Modifikationen und durch die Metallkomplexierung mit dem Chelatbildner erklärt werden, die in die anfängliche Peptidstruktur eingeführt wurde. Dennoch konnten wir das therapeutische Potenzial eines makrozyklischen Peptids, das die PD-1/PD-L1-Interaktion hemmt, zusammen mit einem neuartigen standardisierten in vitro-Testsystem etablieren, das als Referenzassay für neu entwickelte PD-L1-Radiotracer dienen wird. Sowohl die radioaktive als auch die fluoreszenzbasierte in vitro-Evaluierung des Peptids stellen eine wichtige Schlüsselerkenntnis dieser Dissertation dar, da unsere Ergebnisse Forscher dazu anregen könnten, diese Klasse von Peptid-Immunmodulatoren für zukünftige radiopharmazeutische Anwendungen zu optimieren.
Abstract
(Englisch)
Molecular imaging and nuclear medicine have contributed to the evaluation and characterization of biological processes on the cellular level through radionuclide imaging. This technique is useful in managing and treating several diseases, most notably cancer. The advancement of radiopharmaceuticals targeting solid tumors for the radionuclide imaging modalities Positron Emission Tomography (PET) and Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) have facilitated diagnosis at early stages of the disease. It has also supported patient stratification for therapy (personalized medicine), thus improving the quality of primary care. In the early phases of cancer diagnosis, choosing therapies that activate the innate responses of the immune system to eliminate lesions and malignancies is substantial. Immunotherapy has emerged as a new type of treatment that enables the body to suppress cancer cells by re-establishing its natural defences. Immune checkpoints, e.g., the Programmed cell Death receptor-1 (PD-1)/ligand 1 (PD-L1), are an immunotherapy target highlighted as an essential biomarker for both cancer diagnosis and treatment. The interaction between PD-1 (found on T cells) and PD-L1 (found on cancer cells) leads to T cells anergy and, therefore, tumor evasion and proliferation. Imaging immune checkpoints and PD-L1 with targeted radiopharmaceuticals gives valuable insight into the adequate inhibition therapy and the prediction of treatment response for many cancer patients. With a PET/SPECT radiotracer targeting PD-L1, an expanded global use accounting for the different healthcare infrastructures would spread the benefits of immune checkpoint imaging and inhibition (ICI) therapy. This doctoral thesis has therefore explored the possibility of developing a novel peptide-based radiotracer for PD-L1 imaging with PET and SPECT as a novel ICI therapy probe. Macrocyclic peptides reported in the patent literature (from Bristol Myers Squibb) were selected to be synthesized, modified with a chelator, radiolabeled, and evaluated in vitro as potential radiotracers. The radiolabeling with either a PET-radionuclide gallium-68 (68Ga) or a SPECT-radionuclide indium-111 (111In) was made possible using the universal chelator DOTA. Furthermore, a systematic investigation was conducted on the SPECT-radiometal 111In to overcome the formation of unknown [111In]In-species that affected the radiochemical yields of the radiolabeling experiments. The formation of the unwanted species has been circumvented by adding chloride ions to the [111In]InCl3 stock solution, allowing, therefore, for its recovery. Similar behaviour of [111In]InCl3 solution has rarely been reported, making it an important finding to the radiochemistry/pharmacy community. Consequently, the project continued with the PET radionuclide, and the synthesized macrocyclic peptide's radiolabeling with 68Ga was successful. Despite the promising values reported in the patent, the low binding affinity of the selected macrocyclic peptide in radioactive receptor-binding experiments with PD-L1-expressing cell lines was observed. The loss of affinity could be explained by the modifications introduced to the initial peptide structure and the metal-complexation to the chelator as indicated by the IC50 values from cellular assays. Nevertheless, we were able to establish the therapeutic potential of a macrocyclic peptide that inhibits the PD-1/PD-L1 interaction along with a novel standardized in vitro testing system, serving as a reference assay for newly developed PD-L1 radiotracers. The radioactive and the fluorescence-based in vitro evaluation of the peptide represented a significant key finding in this thesis, as our results may incite researchers to optimize this class of peptide immunomodulators for future radiopharmaceutical applications.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Peptid PET SPECT Radiopharmazie Immuncheckpoint
Schlagwörter
(Englisch)
peptide PET SPECT radiopharmacy immune checkpoint
Autor*innen
Nedra Jouini
Haupttitel (Englisch)
Towards radiolabeled peptides for imaging the immune checkpoint target PD-L1
Paralleltitel (Deutsch)
Auf dem Weg zu radioaktiv markierten Peptiden zur Abbildung des Immun-Checkpoint-Targets PD-L1
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
90 Seiten
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Anna Orlova ,
Markus Muttenthaler
Klassifikation
35 Chemie > 35.79 Biochemie: Sonstiges
AC Nummer
AC16598509
Utheses ID
63530
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 419 |