Forbedret hjernelevering af antistoffer øger potentialet til at behandle hjernesygdomme

Blod-hjerne-barrieren blokerer for indtrængen af ​​antistoffer i hjernen. Dette begrænser den potentielle brug af antistofterapi til behandling af hjernesygdomme, såsom hjernetumorer.

Andre steder i kroppen bruges mere end 100 amerikanske Food and Drug Administration-godkendte terapeutiske antistoffer af medicinske teams til at behandle kræftformer og autoimmune, infektionssygdomme og metaboliske sygdomme. At finde måder at transportere terapeutiske antistoffer på tværs af blod-hjerne-barrieren – fra den perifere blodstrøm ind i centralnervesystemet – kunne skabe effektive behandlinger, der virker i hjernen.

I en ny undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Grænser i celle- og udviklingsbiologi , rapporterer forskere ved University of Alabama i Birmingham, at den stedsrettede tilføjelse af en FDA-godkendt, bionedbrydelig polymer ved hængslet og nær hængselregionerne af det terapeutiske antistof trastuzumab effektivt lettede hjerneleveringen af ​​dette humane monoklonale IgG1-antistof. Trastuzumab bruges til at behandle brystkræft og flere andre kræftformer.

Foreløbigt arbejde på denne nye platform inkluderede in vitro- og musemodeleksperimenter. Forskere siger, at leveringssystemet stadig skal optimeres og testes yderligere, men bemærk, at deres enkle metodik konverterer antistofterapi til en hjerne-leverbar form, der bevarer antistoffets medicinske funktionalitet.

"Bekymringerne ved hjerneindtrængning forfølger udviklingen af ​​hjernesygdomsmålrettede antistofterapier, hvilket hæmmer de medicinske oversættelser af laboratoriegenererede antistoffer til klinisk praksis," siger Masakazu Kamata, Ph.D., leder af undersøgelsen og en lektor. i UAB Institut for Mikrobiologi. "I denne sammenhæng har denne simple metode et stort potentiale til at tjene som platformen til ikke blot at genbruge den nuværende antistofterapi, men også tilskynde til design af nye antistoffer til behandling af hjernesygdomme."

Den anvendte biokompatible polymer var poly-2-methacryloyloxyethylphosphorylcholin eller PMPC med kædelængder på 50, 100 eller 200 monomerer. Forskerne havde allerede opdaget, at denne ikke-immunogene polymer, som FDA har godkendt som belægningsmateriale til transplanterbare enheder, kunne binde til to receptorer på hjernens mikrovaskulære endotelceller, der udgør blod-hjerne-barrieren, og disse celler kunne derefter flytte polymeren. tværs over blod-hjerne-barrieren ved transcytose. Transcytose er en specialiseret transport, hvorved ekstracellulær last bringes ind i cellen, transporteres over cytoplasmaet til den anden side af cellen og derefter frigives.

UAB-forskerne var i stand til at spalte fire interkæde-disulfidbindinger i trastuzumab IgG1-hængslet og nær hængselregionerne, hvilket skabte thiolgrupper. Hver thiolgruppe blev derefter konjugeret til en kæde af PMPC for at skabe trastuzumab-molekyler med en af ​​de tre kædelængder, som de betegnede som Tmab-PMPC50, Tmab-PMPC100 og Tmab-PMPC200.

Hvert af disse modificerede antistoffer opretholdt stadig trastuzumab-specifik binding til celler, der udtrykker HER2-antigenet, målet for trastuzumab. Både Tmab-PMPC50 og Tmab-PMPC100 blev internaliseret i HER2-positive celler og fremmede antistofafhængig celledød, som er den medicinske funktionalitet, hvormed trastuzumab dræber HER2+ brystkræftceller.

Forskerne viste derefter, at PMPC-konjugering af trastuzumab forbedrede blod-hjerne-barriere-penetration gennem epitelcellerne på blod-hjerne-barrieren via transcytose-vejen. Den translokerbare Tmab-PMPC100 var den bedste til effektiv blod-hjerne-barriere-penetration, samtidig med at trastuzumabs epitopgenkendelse bibeholdt, antistoffets evne til at binde til sit antigenmål.

I en musemodel var både Tmab-PMPC100 og Tmab-PMPC200 omkring fem gange bedre til hjernepenetration end naturligt trastuzumab. I foreløbige in vitro- og musemodeleksperimenter inducerede det polymermodificerede trastuzumab ikke neurotoksicitet, udviste ikke bivirkninger i leveren og forstyrrede ikke blod-hjerne-barrierens integritet.

"Disse fund indikerer samlet, at PMPC-konjugering opnår effektiv hjernelevering af terapeutiske antistoffer, såsom trastuzumab, uden induktion af bivirkninger, i det mindste i leveren, blod-hjerne-barrieren eller hjernen," sagde Kamata.

Andre har også undersøgt måder at få last som antistoffer hen over blod-hjerne-barrieren, bemærkede forskerne.

I arbejdet, der førte til den aktuelle undersøgelse, havde UAB-forskerne til den aktuelle undersøgelse vist, at de kunne pakke forskellige makromolekylære laster ind i PMPC-skaller, og disse nanokapsler viste forlænget blodcirkulation, reduceret immunogenicitet og forbedret hjernelevering hos mus og ikke-menneskelige primater.

Alligevel havde dette system ulemper. Nanokapslerne krævede tilføjelse af målrettede ligander for at bringe dem til deres sygdomsmål og nedbrydelige tværbindere, der ville tillade frigivelse af lasten på det sted. Desværre mangler sygdomsassocierede mikromiljøer ofte forhold, der kan udløse nedbrydning af tværbinderne.

Andre forskere, der søger at bryde blod-hjerne-barrieren, har undersøgt forskellige ligander andre end PMPC for at øge transporten, såsom ligander afledt af mikrober og toksiner eller endogene proteiner som lipoproteiner. Disse har generelt haft uønskede overfladeegenskaber - såsom at være stærkt immunogene, stærkt hydrofobe eller ladede. PMPC udviser ikke disse uønskede træk.

Medforfattere med Kamata i undersøgelsen, "Site-oriented conjugation of poly(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholin) for enhanced brain delivery of antistof," er Jie Ren, Chloe E. Jepson, Charles J. Kuhlmann, Stella Uloma Azolibe og Madison T Blucas, UAB Department of Microbiology; Sarah L. Nealy og Eugenia Kharlampieva, UAB Department of Chemistry; Satoru Osuka, UAB Department of Neurokirurgi; og Yoshiko Nagaoka-Kamata, UAB Department of Pathology.

Flere oplysninger: Jie Ren et al., Sted-orienteret konjugation af poly(2-methacryloyloxyethylphosphorylcholin) til forbedret hjernelevering af antistof, Grænser i celle- og udviklingsbiologi (2023). DOI:10.3389/fcell.2023.1214118

Leveret af University of Alabama i Birmingham