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Hintergrund der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft spezifische Bindungselemente für eine fötale Isoform
von Fibronektin, ED-B, die auch in der sich entwickelnden Neovaskulatur
von Tumoren exprimiert wird, wie sowohl durch Immunzytochemie als
auch durch In-vivo-Targeting auf Tumoren gezeigt wird. Sie betrifft
auch Materialien und Verfahren, die sich auf solche spezifische
Bindungselemente beziehen.
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Das
primäre
Ziel der meisten bestehenden Formen von Tumortherapie ist es, möglichst
viele den Tumor bildende Zellen abzutöten. Der eingeschränkte Erfolg,
der mit Chemotherapie und Strahlentherapie erreicht wurde, ist auf
das relative Fehlen von Spezifität
der Behandlung und die Tendenz zu toxischen Nebenwirkungen auf normales
Gewebe zurückzuführen. Ein
Weg, wie die Tumorselektivität
der Therapie verbessert werden kann, ist es, das Mittel dem Tumor über ein
Bindungsprotein, das für
gewöhnlich
eine Bindungsdomäne
eines Antikörpers
umfasst, mit Spezifität
für ein
Markerantigen, das auf der Oberfläche des Tumors exprimiert wird,
aber in normalen Zellen fehlt, zuzuführen. Diese Form von gerichteter
Therapie, die salopp "Zauberkugeln" genannt wird, ist
hauptsächlich
anhand von monoklonalen Antikörpern
(MAKs) von Nagetieren veranschaulicht worden, die für so genannte
tumorassoziierte Antigene spezifisch sind, die auf der Zelloberfläche exprimiert
werden. Solche MAKs können
entweder chemisch an die zytotoxische Gruppierung (z.B. ein Toxin oder
ein Arzneimittel) konjugiert werden oder können als rekombinantes Fusionsprotein
produziert werden, in dem die Gene, die für den MAK kodieren, und das
Toxin aneinander gebunden sind und hintereinander exprimiert werden.
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Der
Ansatz der „Zauberkugeln" hat eine eingeschränkte, wenn
auch signifikante Wirkung bei der Behandlung von Krebs beim Menschen
gehabt, besonders beim Abzielen auf Tumoren von lymphoidem Ursprung,
wo die meisten malignen Zellen für
die therapeutische Dosis im Blutkreislauf frei zugänglich sind.
Jedoch bleibt die Behandlung von soliden Tumoren insofern ein ernsthaftes
klinisches Problem, als nur ein winziger Anteil der gesamten Zellmasse,
vor allem die Zellen am äußersten
Rand des Tumors therapeutischen Immunkonjugaten im Blutkreislauf
ausgesetzt ist, wobei diese peripheren Ziele eine so genannte „Bindungsstellenbarriere" zum Tumorinneren
bilden (Juweid et al., Cancer Res. 52, 5144-5135 (1992)). Innerhalb
des Tumors ist die Gewebearchitektur bei fibrösem Stroms und eng gepackten
Tumorzellen im Allgemeinen zu dicht, um die Penetration von Molekülen im Größenbereich
von Antikörpern
zu ermöglichen.
Weiters ist bekannt, dass Tumoren aufgrund des Fehlens von Lymphdrainage
einen erhöhten
interstitiellen Druck aufweisen, was auch das Einströmen von
exogenen Molekülen
verhindert. Für
einen jüngsten
Bericht über
die Faktoren, welche die Aufnahme von therapeutischen Mitteln in
Tumoren beeinflussen, siehe R. Jain, Sci. Am. 271, 58-65 (1994).
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Obwohl
es bei der Behandlung von festen Tumoren durch das Abzielen auf
tumorassoziierte Antigene offensichtliche Grenzen gibt, teilen diese
Tumoren eine Eigenschaft, die ein alternatives Antigenziel für Antikörpertherapie
bietet. Sobald sie eine bestimmte Größe überschritten haben, hängen Tumoren
allgemein von einer unabhängigen
Blutzufuhr ab, sodass ausreichend Sauerstoff und Nährstoffe
das Wachstum aufrechterhalten können.
Wenn diese Blutzufuhr beeinträchtigt
oder okkludiert wird, besteht ein realistisches Potenzial, in diesem
Prozess tausende von Tumorzellen auszuhungern. Wenn sich ein Tumor
entwickelt, geht er in einen angiogenen Phänotyp über, wodurch ein vielfältiges Schema
von angiogenen Faktoren produziert wird, die auf benachbarte Kapillarendothelzellen
einwirken, wodurch diese proliferieren und wandern. Die Struktur
dieser neu gebildeten Blutgefäße ist höchst desorganisiert
mit Sackgassen und Höhlenbildungen,
die zu erhöhter Durchlässigkeit
führen,
in merklichem Gegensatz zur geordneten Struktur von Kapillaren in
normalem Gewebe. Induktion von Angiogenese ist von einer Hinaufregulierung
der Expression bestimmter Zelloberflächenantigene begleitet, von
denen viele auch bei der Vaskulatur normaler Gewebe vorkommen. Die
Identifikation von Antigenen, die für die Neovaskulatur von Tumoren
einzigartig sind, ist der wichtigste einschränkende Faktor in der Entwicklung
einer generischen Behandlung fester Tumoren durch Abzielen auf Gefäße. Das
Antigen, das der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, beschäftigt sich
direkt mit diesem Problem.
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Im
Verlauf der Tumorprogression wird die extrazelluläre Matrix
des umgebenden Gewebes durch zwei Hauptprozesse neu modelliert:
(1) den proteolytischen Abbau von extrazellulären Matrixkomponenten von normalem
Gewebe und (2) die De-novo-Synthese von extrazellulären Matrixkomponenten
sowohl durch Tumorzellen als auch Stromazellen, die durch tumorinduzierte
Zytokine aktiviert werden. Diese zwei Prozesse erzeugen im stationären Zustand
eine „extrazelluläre Tumormatrix", die eine geeignetere
Umgebung für
Tumorprogression bereitstellt und sich qualitativ und quantitativ
von jenen von normalen Geweben unterscheidet. Unter den Komponenten
dieser Matrix sind die großen
Isoformen von Tenascin und Fibronektin (FN), die Beschreibung dieser
Proteine als Isoforme erkennt ihre weitgehende Strukturheterogenität, die auf
Transkriptions-, Posttranskriptions- und Posttranslationsebene herbeigeführt wird
(siehe unten). Eine der Isoformen von Fibronektin, die so genannte
B+-Isoform (B-FN), ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Fibronektine
(FN) sind multifunktionelle Glykoproteinkomponenten mit hohem Molekulargewicht
sowohl aus extrazellulärer
Matrix als auch aus Körperflüssigkeiten.
Sie sind in viele biologische Prozesse involviert, wie z.B. die
Schaffung und Aufrechterhaltung normaler Zellmorphologie, Zellmigration,
Hämostase
und Thrombose, Wundheilung und onkogene Transformation (Berichte
dazu siehe Alitalo et al. (1982), Yamada (1983), Hynes (1985), Ruoslahti
et al. (1988), Hynes (1990); Owens et al. (1986)). Strukturdiversität bei FN wird
durch alternatives Spleißen
dreier Regionen (ED-A, ED-B und IIICS) des primären FN-Transkripts (Hynes (1985),
Zardi et al. (1987)) verursacht, wobei zumindest 20 verschiedene
Isoformen produziert werden, wovon einige in Tumor- und in normalem
Gewebe unterschiedlich exprimiert werden. Wie es auch auf gewebe-
und entwicklungsspezifische Art und Weise reguliert wird, ist bekannt,
dass das Spleißmuster
von FN-prä-mRNA in
transformierten Zellen und in Malignitäten dereguliert wird (Castellani
et al. (1986); Borsi et al. (1987); Vartio et al., (1987); Zardi
et al. (1987); Barone et al. (1989); Carnemolla et al. (1989), Oyama
et al. (1989) (1990); Borsi et al. (1992b)). Tatsächlich werden
die FN-Isoformen, die ED-A-, ED-B- und IIICS-Sequenzen enthalten, in
transformierten und malignen Tumorzellen in stärkerem Ausmaß exprimiert
als in normalen Zellen. Insbesondere werden die FN-Isoformen, welche
die ED-B-Sequenz enthalten (B+-Isoform), in fötalem und Tumorgewebe am stärksten exprimiert,
wie auch während
der Wundheilung, aber ihre Expression in normalem Gewebe ist eingeschränkt (Norton
et al. (1987); Schwarzbauer et al. (1987); Guturan und Kornblihtt
(1987), Carnemolla et al. (1989); Ffrench-Constant et al. (1989),
Ffrench-Constant und Hynes (1989), Laitinen et al. (1991)). B+-FN-Moleküle sind
in reifen Gefäßen nicht
detektierbar, sind aber in angiogenen Blutgefäßen bei normaler (z.B. Entwicklung
des Endometriums), pathologischer (z.B. bei diabetischer Retinopathie)
und Tumorentwicklung hinaufreguliert (Castellani et al. (1994)).
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Die
ED-B-Sequenz ist eine vollständige
Typ-III-Homologiewiederholung, für
die ein einziges Exon kodiert und, welches 91 Aminosäuren umfasst.
Im Gegensatz zur alternativ gespleißten IIICS-Isoform, die eine zelltypspezifische
Bindungsstelle umfasst, ist die biologische Funktion der A+- und
der B+-Isoform immer noch Anlass für Spekulationen (Humphries
et al. (1986)).
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Die
Gegenwart der B+-Isoformen selbst konstituiert ein tumorinduziertes
Neoantigen, aber zusätzlich exponiert
die ED-B-Expression ein normalerweise kryptisches Antigen innerhalb
der Typ-III-Wiederholung 7 (vor ED-B); da dieses Epitop nicht in
FN-Molekülen exponiert
ist, denen ED-B fehlt, folgt, dass ED-B-Expression die Expression
von Neoantigenen sowohl direkt als auch indirekt induziert. Diese
kryptische Antigenstelle bildet das Ziel eines monoklonalen Antikörpers (MAK),
der BC-1 genannt wird (Carnemolla et al. (1992)). Die Spezifität und biologischen
Eigenschaften dieses MAK sind in
EP 0.344.134 B1 beschrieben worden, und selbiger
ist aus dem Hybridom erhältlich,
das bei der European Collection of Animal Cell Cultures, Porton
Down, Salisbury, UK, unter der Nummer 88042101 zu beziehen ist.
Der MAK ist erfolgreich eingesetzt worden, um die angiogenen Blutgefäße von Tumoren
ohne Kreuzreaktivität
mit reifem Gefäßendothel
zu lokalisieren, was das Potenzial von FN-Isoformen für vaskuläres Abzielen unter Einsatz
von Antikörpern
veranschaulicht.
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Allerdings
bleiben bestimmte Vorbehalte bezüglich
der Spezifität
von BC-1-MAK aufrecht. Die Tatsache, dass BC-1 nicht direkt die
B+-Isoform erkennt, hat die Frage aufgeworfen, ob in manchen Geweben
das Epitop, das von BC-1 erkannt wird, ohne die Gegenwart von ED-B
demaskiert werden kann und deshalb indirekt zu ungewollter Kreuzreaktivität von BC-1
führt.
Weiters ist BC-1 streng spezifisch für die menschliche B+-Isoform,
was bedeutet, dass Studien an Tieren über die Bioverteilung und Tumorlokalisierung
von BC-1 nicht möglich
sind. Obwohl polyklonale Antikörper
gegen rekombinante Fusionsproteine, welche die B+-Isoform enthalten,
produziert worden sind (Peters et al. (1995)), reagieren sie nur
mit FN, das mit N-Glykanase behandelt worden ist, um das Epitop
zu demaskieren.
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Ein
weiteres allgemeines Problem bei der Verwendung von monoklonalen
Maus-Antikörpern ist
die Antwort des menschlichen Anti-Maus-Antikörpers (RAMA) (Schroff et al.
(1985), Dejager et al. (1988)). HAMA-Antworten haben eine Reihe
von Wirkungen, von Neutralisation des verabreichten Antikörpers, was
zu einer reduzierten therapeutischen Dosis führt, über allergische Antworten,
Serumerkrankung, bis hin zu Nierenschäden.
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Obwohl
polyklonale Antiseren, die mit rekombinantem ED-B reagieren, identifiziert
worden sind (siehe oben), hat sich die Isolierung von MAKs mit derselben
Spezifität
wie BC-1 nach Immunisierung von Mäusen allgemein als schwierig
erwiesen, weil menschliche und Maus-ED-B-Proteine praktisch 100%ige
Sequenzhomologie zeigen. Das menschliche Protein kann deshalb wie
ein Eigen-Antigen für
Mäuse aussehen,
die dann keine Immunantwort darauf auslösen. Tatsächlich ist in über zehn
Jahren intensiver Forschung in diesem Bereich nur ein einziger MAK
mit indirekter Reaktivität
auf die B+-FN-Isoform (BC-1) identifiziert worden, wobei keiner
ED-B direkt erkennt. Es ist nahezu sicher signifikant, dass die
Spezifität
von BC-1 für
ein kryptisches Epitop besteht, das als Folge von ED-B exponiert
wird, und nicht für
einen Teil von ED-B selbst, das wahrscheinlich in Maus-FN fehlt
und deshalb vom Immunsystem der Maus nicht als „eigen" erkannt wird.
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Die
Umsetzung der vorliegenden Erfindung ist unter Einsatz einer zu
den zuvor verwendeten Strategien alternativen Strategie gemacht
worden, und wo keine vorherige Immunisierung mit Fibronektin oder
ED-B erforderlich ist, gilt Folgendes: Antikörper mit Spezifität für die ED-B-Isoform
sind als einkettige Fvs (ScFvs) aus Bibliotheken von variablen menschlichen
Antiköper-Regionen
erhalten worden, die auf der Oberfläche von filamentösen Bakteriophagen
präsentiert
werden (Nissim et al. (1994), siehe auch
WO 92/01047 ,
WO 92/20791 ,
WO 93/06213 ,
WO 93/11236 ,
WO 93/19172 ).
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Die
Erfinder haben unter Einsatz einer Antikörper-Phagenbibliothek herausgefunden,
dass spezifische scFvs sowohl durch direkte Selektion auf rekombinanten
FN-Fragmenten, welche die ED-B-Domäne enthalten, als auch auf
rekombinantem ED-B selbst isoliert werden können, wenn diese Antigene auf
eine feste Oberfläche
geschichtet werden („Panning"). Dieselben Quellen
von Antigen sind auch erfolgreich eingesetzt worden, um eine „zweite
Generation" von
scFvs mit verbesserten Eigenschaften gegenüber den Ausgangsklonen in einem
Prozess der „Affinitätsreifung" zu produzieren.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass die isolierten scFvs ohne
vorherige Behandlung mit N-Glykanase stark und spezifisch mit der
B+-Isoform von menschlichem FN reagieren.
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In
Antitumoranwendungen haben die Antigenbindungsdomänen des
menschlichen Antikörpers,
der von der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, den Vorteil,
nicht Auslöser
einer HAMA-Antwort zu sein. Weiters sind sie, wie hierin veranschaulicht
wird, zur immunhistochemischen Analyse von Tumorengewebe, sowohl
in vitro als auch in vivo, nützlich.
Diese und andere Anwendungen werden hierin näher diskutiert und sind für den durchschnittlichen
Fachmann offensichtlich.
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Zang
et al., Matrix Biology, Band 14, 623-633 (1994), beschreiben einen
polyklonalen Antikörper,
der gegen eine Extradomäne
B von Fibronektin von Hunden gezüchtet
wurde.
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JP02076598 und
JP 04169195 beschreiben
monoklonale Antikörper
gegen Fibronektin.
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Terminologie
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Spezifisches Bindungs(paar)element
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Dies
beschreibt ein Element eines Paars von Molekülen, die Bindungsspezifität füreinander
haben. Die Elemente eines spezifischen Bindungspaars können natürlicher
Abstammung sein oder vollständig
oder teilweise synthetisch hergestellt werden. Ein Element des Paars
von Molekülen
hat einen Bereich auf seiner Oberfläche oder eine Höhle, die
sich spezifisch an eine spezielle räumliche und polare Organisation
des anderen Elements des Paars von Molekülen bindet und daher dazu komplementär ist. Daher
haben die Elemente des Paars die Eigenschaft, sich spezifisch aneinander
zu binden. Beispiele für
solche Formen von spezifischen Bindungspaaren sind Antigen-Antikörper, Biotin-Avidin,
Hormon-Hormon-Rezeptor, Rezeptor-Ligand, Enzym-Substrat.
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Antikörper
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Dies
beschreibt ein Immunglobulin, ob natürlich oder teilweise oder vollständig synthetisch
hergestellt. Der Begriff deckt auch ein beliebiges Polypeptid oder
Protein ab, das über
eine Bindungsdomäne
verfügt,
die eine Antikörperbindungsdomäne ist oder
dazu homolog ist. Diese können
von natürlichen
Quellen abstammen oder teilweise oder vollständig synthetisch hergestellt
werden. Beispiele für
Antikörper
sind die Immunglobulin-Isotypen und ihre Isotyp-Unterklassen, Fragmente,
die eine Antigenbindungsdomäne
umfassen, wie z.B. Fab, scFv, Fv, dAb, Fd, und Diakörper.
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Es
ist möglich,
monoklonale und andere Antikörper
heranzuziehen und DNA-Rekombinationstechnologie-Verfahren anzuwenden,
um andere Antikörper
oder chimäre
Moleküle
zu produzieren, welche die Spezifität des ursprünglichen Antikörpers beibehalten.
Solche Verfahren können
die Einführung
von DNA, die für
die variable Immunglobulinregion, oder die komplementaritätsbestimmenden
Regionen (CDRs), eines Antikörpers kodiert,
in die konstanten Regionen oder konstanten Regionen plus Gerüstregionen
eines anderen Immunglobulins umfassen. Siehe z.B.
EP-A-184.187 ,
UK-A-2.188.638 oder
EP-A-239.400 . Ein
Hybridom oder eine andere Zelle, die einen Antikörper produziert, kann Genmutation
oder anderen Veränderungen
unterzogen werden, welche die Bindungsspezifität von produzierten Antikörpern ändern kann,
oder auch nicht.
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Da
Antikörper
in verschiedenster Art und Weise modifiziert werden können, sollte
der Begriff „Antikörper" so abgegrenzt sein,
dass er beliebige spezifische Bindungselemente oder Substanzen abdeckt,
die über eine
Bindungsdomäne
mit der erforderlichen Spezifität
verfügen.
Daher deckt dieser Begriff Antikörperfragmente,
Derivate, funktionelle Äquivalente
und Homologe von Antikörpern
ab, die ein beliebiges Polypeptid umfassen, das eine Immunglobulinbindungsdomäne umfasst,
ob natürlich
oder vollständig
oder teilweise synthetisch. Es sind deshalb auch chimäre Moleküle enthalten,
die eine Immunglobulinbindungsdomäne, oder ein Äquivalent
davon, umfassen, die an ein anderes Polypeptid fusioniert ist. Die
Klonierung und Expression von chimären Antikörpern wird in
EP-A-0.210.694 und
EP-A-0.125.023 beschrieben.
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Es
ist gezeigt worden, dass Fragmente eines gesamten Antikörpers die
Funktion von Bindungsantigenen erfüllen können. Beispiele für Bindungsfragmente
sind (i) das Fab-Fragment, das aus VL-, VH-, CL- und CH1-Domänen besteht;
(ii) das Fd-Fragment, das aus VH- und CH1-Domänen besteht; (iii) das Fv-Fragment, das
aus VL- und VN-Domänen eines
einzigen Antikörpers
besteht; (iv) das dAb-Fragment (Ward et al. (1989)), das aus einer
VN-Domäne
besteht; (v) isolierte CDR-Regionen; (vi) F(ab')
2-Fragmente,
bivalente Fragmente, die zwei verbundene Fab-Fragmente umfassen;
(vii) einkettige Fv-Moleküle
(scFv), worin eine VN-Domäne und
eine VL-Domäne über einen
Peptidlinker verbunden sind, der den beiden Domänen ermöglicht, sich zu assoziieren,
um eine Antigenbindungsstelle zu bilden (Bird et al. (1988), Huston
et al. (1988)); (viii) bispezifische scFv-Dimere (
PCT/US92/09965 ); und (ix) „Diakörper", multivalente oder
multispezifische Fragmente, die durch Genfusion erzeugt werden (
WO 94/13804 ; Holliger et
al. (1993)).
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Diakörper sind
Multimere von Polypeptiden, wobei jedes Polypeptid eine erste Domäne, die
eine Bindungsregion einer Immunglobulin-Leichtkette umfasst, und
eine zweite Domäne
umfasst, die eine Bindungsregion einer Immunglobulin-Schwerkette
enthält,
wobei die beiden Domänen
verbunden sind (z.B. über
einen Peptidlinker), aber nicht in der Lage sind, sich miteinander
zu assoziieren, um eine Antigenbindungsstelle zu bilden; Antigenbindungsstellen
werden durch Assoziation der ersten Domäne eines Polypeptids innerhalb
jedes Multimers mit der zweiten Domäne eines anderen Polypeptids
innerhalb des Multimers gebildet (
WO 94/13804 ).
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Wenn
bispezifische Antikörper
verwendet werden sollen, können
diese herkömmliche
bispezifische Antikörper
sein, die auf eine Reihe von Arten (Holliger und Winter (1993)),
z.B. chemisch oder aus Hybrid-Hybridomen, hergestellt werden können oder
ein beliebiges der bispezifischen Antikörperfragmente sein können, die
zuvor genannt wurden. Es kann bevorzugt sein, scFv-Dimere oder Diakörper anstelle
von ganzen Antikörpern
zu verwenden. Diakörper
und scFvs können
ohne Fc-Region hergestellt werden, wobei nur variable Domänen verwendet
werden, die potenziell die Wirkungen von anti-idiotypischen Reaktionen
reduzieren. Andere Formen bispezifischer Antikörper umfassen die einzelkettigen „Janusine", die von Traunecker
et al. (1991) beschrieben werden.
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Eispezifische
Diakörper
können
im Gegensatz zu bispezifischen ganzen Antikörpern auch besonders nützlich sein,
weil sie einfach herzustellen sind werden und in E. coli exprimiert
werden können.
Diakörper
(und viele andere Polypeptide, wie z.B. Antikörperfragmente) mit geeigneten
Bindungsspezifitäten
können
einfach unter Einsatz von Phagendisplay (
WO 94/13804 ) aus Bibliotheken selektiert
werden. Wenn ein Arm des Diakörpers
konstant gehalten werden soll, z.B. mit einer Spezifität, die gegen
Antigen X gerichtet ist, dann kann eine Bibliothek, worin der andere
Arm variabel ist, erzeugt und ein Antikörper von geeigneter Spezifität selektiert
werden.
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Antigenbindungsdomäne
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Dies
beschreibt den Teil eines Antikörpers,
der jenen Bereich umfasst, der sich spezifisch an das gesamte Antigen
oder einen Teil davon bindet und komplementär dazu ist. Wenn ein Antigen
groß ist,
kann ein Antikörper
nur an einen bestimmten Teil des Antigens binden, dessen Teil Epitop
genannt wird. Eine Antigenbindungsdomäne kann durch eine oder mehrere
variable Antikörperdomänen bereitgestellt
werden.
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Vorzugsweise
umfasst eine Antigenbindungsstelle eine variable Antikörper-Leichtketten-
(VL-) Region und eine variable Antikörper-Schwerketten- (VH-) Region.
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Spezifisch
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Dies
bezeichnet die Situation, in der ein Element eines spezifischen
Bindungspaars keine signifikante Bindung an Moleküle zeigt,
die nicht ihre spezifischen Bindungspartner sind. Der Begriff ist
auch dann anwendbar, wenn beispielsweise eine Antigenbindungsdomäne für ein spezielles
Epitop spezifisch ist, das von einer Reihe von Antigenen getragen
wird, wobei in diesem Fall das spezifische Bindungselement, das
die Antigenbindungsdomäne
trägt,
in der Lage sein wird, sich an die verschiedenen Antigene zu binden,
die das Epitop tragen.
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Funktionell äquivalente Variantenform
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Dies
bezeichnet ein Molekül
(die Variante), die, obwohl sie strukturelle Unterschiede zu einem
anderen Molekül
(dem Stammmolekül)
aufweist, eine gewisse signifikante Homologie und auch zumindest
eine gewisse biologische Funktion des Stammmoleküls aufweist, z.B. die Fähigkeit,
ein spezielles Antigen oder Epitop zu binden. Varianten können in
Form von Fragmenten, Derivaten oder Mutanten vorliegen. Eine Variante,
ein Derivat oder eine Mutante kann durch Modifikation des Stammmoleküls durch
Addition, Deletion, Substitution oder Insertion einer oder mehrerer
Aminosäuren
oder durch Bindung eines anderen Moleküls erhalten werden. Diese Veränderungen
können
auf Nucleotid- oder Proteinebene durchgeführt werden. Beispielsweise
kann das kodierte Polypeptid ein Fab-Fragment sein, das dann an
einen Fc-Schwanz aus anderer Quelle gebunden wird. Alternativ dazu
kann ein Marker, wie z.B. ein Enzym, Fluorescein etc., angebunden
werden.
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Zusammenfassung der vorliegenden
Erfindung
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Gemäß vorliegender
Erfindung wird, wie in Anspruch 1 beansprucht, ein spezifisches
Bindungselement bereitgestellt, das für die onkofötale Domäne von Fibronektin (FN) spezifisch
ist und sich direkt an diese bindet.
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Spezifische
Bindungselemente gemäß der Erfindung
binden direkt die ED-B-Domäne.
In einer Ausführungsform
bindet ein spezifisches Bindungselement nach Behandlung des FN mit
der Protease Thermolysin an ein, manche oder alle FN, die ED-B enthalten.
In einer weiteren Ausführungsform
bindet sich ein spezifisches Bindungselement an eine, manche oder
alle FN-enthaltenden Typ-III-Homologiewiederholungen, welche die
ED-B-Domäne
umfassen. Bekannte FNs werden in zwei Berichten von Carnemolla et
al. (1989) (1992) identifiziert. Verweise auf „alle FNs, die ED-B enthalten" können als
Verweis auf alle FNs angesehen werden, die in diesen Berichten als
FNs identifiziert werden, die ED-B enthalten.
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Das
spezifische Bindungselement bindet vorzugsweise menschliches ED-B
und vorzugsweise B+FN zumindest einer anderen Spezies, wie z.B.
Maus, Ratte und/oder Huhn. Vorzugsweise ist das spezifische Bindungspaarelement
in der Lage, sowohl menschliches Fibronektin-ED-B als auch ein nichtmenschliches
Fibronektin-ED-B zu binden, wie z.B. das einer Maus, um so das Testen
und die Analyse des sbp-Elements in einem Tierversuch zu ermöglichen.
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Spezifische
Bindungspaarelemente gemäß vorliegender
Erfindung binden Fibronektin-ED-B, ohne mit dem frei zugänglich hinterlegten
Antikörper-BC-1
zu konkurrieren, der hierin an anderer Stelle diskutiert wird. BC-1
ist für
eine menschliche B+-Isoform streng spezifisch. Spezifische Bindungspaarelemente
gemäß vorliegender
Erfindung binden nicht dasselbe Epitop wie BC-1.
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Die
Bindung eines spezifischen Bindungselements gemäß vorliegender Erfindung an
B+FN kann durch die ED-B-Domäne
gehemmt werden.
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Die
Bindungsdomäne
hat, wenn sie als gereinigtes Monomer gemessen wird, eine Dissoziationskonstante
(Kd) von 6 × 10–8 M
oder weniger für
ED-B-FN.
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In
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung reagiert die Bindungsdomäne mit Fibronektin-ED-B
ohne vorherige Behandlung des Fibronektin-ED-B mit N-Glykanase,
d.h. sie ist in der Lage, dieses zu binden.
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Spezifische
Bindungspaarelemente gemäß vorliegender
Erfindung können
als Isolate oder in gereinigter Form bereitgestellt werden, d.h.
in einem Präparat
oder einer Formulierung, das/die frei von anderen spezifischen Bindungspaarelementen,
z.B. Antikörpern
oder Antikörperfragmenten,
oder frei von anderen spezifischen Bindungspaarelementen ist, die
in der Lage sind, Fibronektin-ED-B spezifisch zu binden. Vorzugsweise werden
die spezifischen Bindungselemente gemäß vorliegender Erfindung in
im Wesentlichen reiner Form bereitgestellt. Sie können „monoklonal" sein, im dem Sinne,
dass sie von einem einzigen Klon herrühren, und sind nicht auf Antikörper beschränkt, die
unter Einsatz traditioneller Hybridomtechnologie gewonnen werden. Wie
besprochen können
spezifische Bindungspaarelemente gemäß vorliegender Erfindung unter
Einsatz von Bakteriophagendisplayverfahren und/oder Expression in
rekombinanten, z.B. bakteriellen, Wirtszellen erhalten werden.
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Das
spezifische Bindungselement umfasst einen Antikörper. Das spezifische Bindungselement
kann eine Polypeptidsequenz in Form eines Antikörperfragments, wie z.B. eines
einzelkettigen Fv (scFv), umfassen. Es können auch andere Formen von
Antikörperfragmenten
verwendet werden, wie z.B. Fab, Fab', F(ab')
2, Facb, Facb,
oder ein Diakörper
(Winter und Milstein (1991);
WO
94/13804 ). Das spezifische Bindungselement kann in Form
eines gesamten Antikörpers
vorliegen, der gesamte Antikörper
kann in einer beliebigen der Antikörperisotyp-Formen, z.B. IgG,
IgA, IgD, IgE und IgM, und in beliebigen der Isotypunterklassen-Formen,
z.B. IgG1 oder IgG4, vorliegen.
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Der
Antikörper
kann beliebigen Ursprungs sein, z.B. menschlichen, murinen, ovinen
oder lapinen Ursprungs. Andere Abstammungen sind Fachleuten bekannt.
Vorzugsweise ist der Antikörper
menschlichen Ursprungs. Unter „menschlich" versteht man einen
Antikörper,
der zum Teil oder vollständig
aus einer menschlichen cDNA-, Protein- oder Peptidbibliothek stammt.
Dieser Begriff umfasst humanisierte Peptide und Proteine nichtmenschlichen
Ursprungs, die modifiziert worden sind, um dem Antikörpermolekül menschliche
Eigenschaften zu verleihen und dem Molekül so zu ermöglichen, die Verteidigungsmechanismen
des menschlichen Immunsystems zu umgehen.
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Das
spezifische Bindungselement kann auch in Form eines gentechnologisch
erzeugten Antikörpers, z.B.
eines bispezifischen Antikörpermoleküls (oder
eines Fragments wie z.B. F(ab')2), das einen Antigenbindungsarm (d.h. eine
spezifische Domäne)
gegen Fibronektin-ED-B, wie offenbart, und einen anderen Arm gegen
eine andere Spezifität
aufweist, oder als bivalentes oder multivalentes Molekül vorliegen.
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Zusätzlich zu
Antikörpersequenzen
kann das spezifische Bindungselement andere Aminosäuren umfassen,
die z.B. ein Peptid oder Polypeptid bilden, oder um dem Molekül zusätzlich zur
Fähigkeit
Antigen zu binden, eine andere funktionelle Eigenschaft zu verleihen.
Beispielsweise kann das spezifische Bindungselement eine Markierung,
ein Enzym oder ein Fragment davon umfassen usw.
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Die
Bindungsdomäne
kann eine gesamte VN-Domäne
oder einen Teil davon umfassen, für die ein Keimbahnsegment oder
ein umgeordnetes Gensegment kodiert. Die Bindungsdomäne kann
eine VL-kappa-Domäne
oder eine VL-lambda-Domäne
oder Teile davon umfassen.
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Die
Bindungsdomäne
kann eine VH1-, VH3- oder VH4-Keimbahnsequenz oder eine umgeordnete Form
davon umfassen.
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Ein
spezifisches Bindungselement gemäß vorliegender
Erfindung kann eine variable Schwerketten- (VN-Domänen-) Region
umfassen, die von der menschlichen Keimbahn DP47 abstammt, deren
Sequenz in 1(a), Reste 1 bis 98, dargestellt
ist. Die „DP"-Nomenklatur wird
von Tomlinson et al. (1992) beschrieben. Die Aminosäuresequenz
von CDR3 kann Ser Leu Pro Lys sein. Die Aminosäuresequenz von CDR3 kann Gly Val
Gly Ala Phe Arg Pro Tyr Arg Lys His Glu sein. Daher kann die Bindungsdomäne eines
spezifischen Bindungselements gemäß vorliegender Erfindung eine
VN-Domäne
umfassen, welche die Aminosäuresequenzen
umfasst, die in 1(a) für CGS1 und CGS2 dargestellt
sind.
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Die
Bindungsdomäne
kann eine variable Leichtketten- („VL"-Domänen-)
Region umfassen, die von der menschlichen Keimbahn DPL16 abstammt,
deren Sequenz in 1(b) als Codons 1-90 dargestellt
ist.
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Die
VE-Domäne
kann eine CDR3-Sequenz Asn Ser Ser Pro Val Val Leu Asn Gly Val Val
umfassen. Die VL-Domäne
kann eine CDR3-Sequenz Asn Ser Ser Pro Phe Glu His Asn Leu Val Val
umfassen.
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Spezifische
Bindungselemente der Erfindung können
funktionell äquivalente
Varianten der Sequenzen umfassen, die in 1 dargestellt
sind, in denen beispielsweise eine oder mehrere Aminosäuren insertiert,
deletiert, substituiert oder addiert worden sind, vorausgesetzt,
eine hierin angeführte
Eigenschaft wird beibehalten. Beispielsweise kann die CDR3-Sequenz
geändert
werden, oder es können
eine oder mehrere Änderungen
an den Gerüstregionen
vorgenommen werden, oder das Gerüst
kann durch eine andere Gerüstregion oder
eine modifizierte Form ersetzt werden, vorausgesetzt, das spezifische
Bindungselement bindet ED-B.
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Eine
oder mehrere CDRs aus einer VL- oder VN-Domäne einer Antigenbindungsdomäne eines
hierin offenbarten Antikörpers
kann/können
in so genannter „CDR-Transplantation", bei der eine oder
mehrere CDR-Sequenzen eines ersten Antikörpers in ein Gerüst aus Sequenzen
platziert wird/werden, die nicht von diesem Antikörper stammen,
z.B. von einem anderen Antikörper,
wie in
EP-B-0.239.400 offenbart.
CDR-Sequenzen für
CGS1 und CGS2 sind in
1(a) und
1(b) dargestellt.
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Ein
spezifisches Bindungselement gemäß der Erfindung
kann eines sein, das mit einem hierin für die Bindung an Fibronektin-ED-B
beschriebenen Antikörper
oder scFv konkurriert. Konkurrenz zwischen Bindungselementen kann
in vitro einfach getestet werden, z.B. durch Anbinden eines spezifischen
Reportermoleküls
an ein Bindungselement, das in Gegenwart eines oder mehrerer anderer
nichtmarkierter Bindungselemente detektiert werden kann, um die
Identifikation von spezifischen Bindungselementen zu ermöglichen,
die dasselbe Epitop oder ein überlappendes
Epitop binden.
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Ein
spezifisches Bindungselement gemäß vorliegender
Erfindung kann in einem Verfahren verwendet werden, das die Verursachung
oder Ermöglichung
von Bindung des spezifischen Bindungselements an sein Epitop umfasst.
Bindung kann der Verabreichung des spezifischen Bindungselements
an ein Säugetier,
z.B. einen Menschen oder ein Nagetier, wie z.B. eine Maus, folgen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt die Verwendung eines spezifischen Bindungselements
wie oben bereit, um es als ein diagnostisches Reagens für Tumoren
zu verwenden. Beweise aus Versuchen mit Tiermodellen, die nachstehend
beschrieben sind, zeigen, dass Bindungselemente gemäß vorliegender
Erfindung für in
in-vivo-Tumor-Lokalisierung
nützlich
sind.
-
Bevorzugte
spezifische Bindungselemente gemäß vorliegender
Erfindung umfassen jene, die sich, z.B. in einem Kryostatschnitt,
an menschliche Tumoren binden, die einen invasiven und angiogenen
Phänotyp zeigen,
und jene, die sich, z.B. in einem Kryostatschnitt, an embryonales
Gewebe binden. Bindung kann durch immunzytochemische Färbung gezeigt
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
bindet das spezifische Bindungselement nicht oder nicht signifikant
Tenascin, ein extrazelluläres
Matrixprotein.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
bindet das spezifische Bindungselement nicht oder nicht signifikant
normale menschliche Haut, z.B. in einem Kryostatschnitt und/oder
unter Einsatz von immunzytochemischer Färbung gezeigt.
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Weitere
Ausführungsformen
von spezifischen Bindungselementen gemäß vorliegender Erfindung binden
nicht oder nicht signifikant an ein oder mehrere normale Gewebe
(z.B. in einem Kryostatschnitt und/oder unter Einsatz immunzytochemischer
Färbung),
ausgewählt
aus Leber, Milz, Niere, Magen, Dünndarm,
Dickdarm, Eierstock, Uterus, Blase, Pankreas, Nebenniere, Skelettmuskel,
Herz, Lunge, Schilddrüse
und Gehirn.
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Ein
spezifisches Bindungselement für
ED-B kann als In-vivo-Targeting-Mittel verwendet werden, das dazu
verwendet werden kann, die Gegenwart und Stelle von Tumoren spezifisch
zu zeigen, die Fibronektin-ED-B exprimieren oder damit assoziiert
sind. Es kann auch als Bildgebungsmittel verwendet werden. Die vorliegende
Erfindung stellt ein Verfahren zum Nachweis der Gegenwart einer
Zelle oder eines Tumors bereit, die/der Fibronektin-ED-B exprimiert
oder mit Fibronektin-ED-B-Expression assoziiert ist, wobei das Verfahren das
Kontaktieren von Zellen mit einem spezifischen Bindungselement und
die Bestimmung der Bindung des spezifischen Bindungselements an
die Zellen umfasst. Das Verfahren kann in vivo oder in vitro an
einer Testprobe von Zellen durchgeführt werden, die aus dem Körper entfernt
wurden.
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Die
Reaktivität
von Antikörpern
für eine
Zellprobe können
durch geeignete Mittel bestimmt werden. Markierung mit individuellen
Reportermolekülen
ist eine Möglichkeit.
Die Reportermoleküle
können
direkt oder indirekt detektierbare und vorzugsweise messbare Signale
erzeugen. Die Bindung von Reportermolekülen kann direkt oder indirekt,
kovalent, z.B. über
eine Peptidbindung, oder nicht-kovalent erfolgen. Bindung über eine
Peptidbindung kann eine Folge von rekombinanter Expression einer
Genfusion sein, die für
einen Antikörper
und ein Reportermolekül
kodiert.
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Ein
bevorzugter Modus erfolgt über
kovalente Bindung jedes Antikörpers
an einen individuellen Fluoreszenzfarbstoff, Phosphor- oder Laserfarbstoff
mit spektral isolierten Absorptions- oder Emissionseigenschaften.
Geeignete Fluoreszenzfarbstoffe umfassen Fluorescein, Rhodamin,
Phycoerythrin und Texas-Rot. Geeignete chromogene Farbstoffe umfassen
Diaminobenzidin.
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Andere
Reporter umfassen makromolekulare kolloidale Teilchen oder Teilchenmaterial,
wie z.B. Latexkügelchen,
die gefärbt,
magnetisch oder paramagnetisch sind, und biologisch oder chemisch
aktive Mittel, die direkt oder indirekt detektierbare Signale erzeugen
können,
um visuell beobachtet, elektronisch detektiert oder anders aufgezeichnet
zu werden. Diese Moleküle
können
Enzyme sein, die Reaktionen katalysieren, die Farben entwickeln
oder verändern,
oder z.B. Änderungen
elektrischer Eigenschaften verursachen. Sie können molekular anregbar sein,
sodass Elektronenüber gänge zwischen
Energiezuständen
zu charakteristischen Spektralabsorptionen oder -emissionen führen. Sie
können
chemische Einheiten umfassen, die in Verbindung mit Biosensoren
verwendet werden. Es können
Detektionssysteme für
Biotin/Avidin oder Biotin/Streptavidin und alkalische Phosphatase
verwendet werden.
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Die
Art der Bestimmung der Bindung ist kein Merkmal der vorliegenden
Erfindung, und Fachleute sind in der Lage, gemäß ihren Präferenzen und ihrem Allgemeinwissen
einen geeigneten Modus auszuwählen.
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Die
Signale, die von individuellen Antikörper-Reporter-Konjugaten erzeugt
werden, können
dazu verwendet werden, quantifizierbare absolute oder relative Daten
der relativen Antikörperbindung
in Zellproben (normale und Testproben) abzuleiten. Zusätzlich kann
ein allgemeiner Kernfarbstoff, wie z.B. Propidiumiodid, dazu verwendet
werden, die gesamte Zellpopulation in einer Probe zu spezifizieren,
was die Bereitstellung von quantitativen Verhältnissen individueller Zellpopulationen
im Vergleich zur Gesamtanzahl der Zellen ermöglicht. Bei Anbindung eines
Radionucleotids, wie z.B. 125I, 111In oder 99mTc,
an einen Antikörper,
wenn sich dieser Antikörper
bevorzugt in Tumoren anstatt in normalen Geweben lokalisiert, kann
die Gegenwart von Radiomarkierungen in Tumorgeweben unter Einsatz
einer Gamma-Kamera detektiert und quantifiziert werden. Die Qualität des erhaltenen
Tumorbilds wird direkt mit dem Signal-Rausch-Verhältnis korreliert.
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Die
Antikörper
können
als diagnostische Mittel verwendet werden, um neu vaskularisierte
Tumoren aufzuspüren,
und können
auch z.B. in modifizierter Form verwendet werden, um zytotoxische
Mittel zuzuführen
oder Koagulation innerhalb neuer Blutgefäße auszulösen, wodurch dem sich entwickelnden
Tumor Sauerstoff und Nährstoffe
entzogen werden, was eine indirekte Form der Tumortherapie darstellt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch die Verwendung eines spezifischen
Bindungselements wie oben beschrieben bereit, um es als therapeutisches
Reagens zu verwenden, z.B. wenn es gekoppelt, gebunden oder gentechnologisch
als Fusionsprotein produziert wird, um eine Effektorfunktion zu
besitzen. Ein spezifisches Bindungs element gemäß vorliegender Erfindung kann
dazu verwendet werden, ein Toxin, Radioaktivität, T-Zellen, Killerzellen oder
andere Moleküle
auf einen Tumor abzuzielen, der das Antigen von Interesse exprimiert
oder damit assoziiert ist.
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Ein
spezifisches Bindungselement kann in Behandlungsverfahren, welche
die hierin bereitgestellte Verabreichung eines spezifischen Bindungselements
umfassen, in pharmazeutischen Zusammensetzungen, die ein spezifisches
Bindungselement umfassen, und in Verwendungen eines solchen spezifischen
Bindungselements zur Herstellung eines Arzneimittels zur Verabreichung,
beispielsweise in einem Verfahren zur Herstellung eines Arzneimittels
oder einer pharmazeutischen Zusammensetzung, das die Formulierung
des spezifischen Bindungselements mit einem pharmazeutisch annehmbaren
Träger
umfasst, verwendet werden. Bereitgestellte Zusammensetzungen können an
Personen verabreicht werden. Die Verabreichung erfolgt vorzugsweise
in einer „therapeutisch
wirksamen Menge, wobei diese ausreichend ist, um Vorteile für einen
Patienten zu ergeben. Ein solcher Vorteil kann zumindest die Linderung
zumindest eines Symptoms sein. Die gegenwärtig verabreichte Menge und
die Rate und der Zeitverlauf der Verabreichung hängen vom Wesen und der Schwere
dessen ab, was behandelt wird. Die Verschreibung von Behandlung,
z.B. Entscheidungen über die
Dosierung etc., liegt innerhalb der Verantwortung von Allgemeinmedizinern
und anderen Ärzten.
Geeignete Dosen von Antikörpern
sind fachbekannt, siehe Ledermann et al. (1992), K. D. Bagshawe
et al. (1991).
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Eine
Zusammensetzung kann alleine verabreicht werden oder in Kombination
mit anderen Behandlungen, entweder gleichzeitig oder nacheinander,
abhängig
vom zu behandelnden Leiden.
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Pharmazeutische
Zusammensetzungen gemäß vorliegender
Erfindung und zur Verwendung gemäß vorliegender
Erfindung können
zusätzlich
zum Wirkstoff einen pharmazeutisch annehmbaren Exzipienten, Träger, Puffer,
Stabilisator oder andere fachbekannte Materialien enthalten. Solche
Materialien sollten nichttoxisch sein und die Wirksamkeit des Wirkstoffs
nicht beeinträchtigen.
Das genaue Wesen des Trägers oder
anderer Materialien hängt
vom Verabreichungsweg ab, wobei diese Verabreichung oral oder durch
Injektion erfolgen kann, z.B. intravenös.
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Pharmazeutische
Zusammensetzungen zur oralen Verabreichung können in Tabletten-, Kapsel-,
Pulver- oder flüssiger
Form vorliegen. Eine Tablette kann einen festen Träger, wie
z.B. Gelatine, oder ein Adjuvans umfassen. Flüssige pharmazeutische Zusammensetzungen
umfassen einen flüssigen
Träger,
wie z.B. Wasser, Petroleum, tierische oder pflanzliche Öle, Mineralöl oder synthetisches Öl. Es kann
physiologische Salzlösung,
Dextrose- oder eine andere Saccharidlösung, Glykole, wie z.B. Ethylenglykol,
Propylenglykol oder Polyethylenglykol, enthalten sein.
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Zur
intravenösen
Infektion oder Injektion an der betroffenen Stelle kann der Wirkstoff
in Form einer parenteral annehmbaren wässrigen Lösung vorliegen, die pyrogenfrei
ist und geeignete(n) pH, Isotonie und Stabilität aufweist. Fachleute sind
in der Lage, unter Einsatz von z.B. isotonischen Trägern, wie
z.B. Natriumchlorid-Injektion, Ringerlösung und Ringer-Laktat, geeignete
Lösungen
herzustellen. Konservierungsmittel, Stabilisatoren, Puffer, Antioxidanzien
und/oder andere Zusatzstoffe können,
falls erforderlich, enthalten sein.
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Ein
spezifisches Bindungselement gemäß vorliegender
Erfindung kann durch Expression aus kodierter Nucleinsäure hergestellt
werden. Nucleinsäure,
die für
ein hierin bereitgestelltes spezifisches Bindungselement kodiert,
bildet selbst einen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie auch
ein Verfahren zur Produktion des spezifischen Bindungselements,
wobei dieses Verfahren die Expression aus Nucleinsäure, die
dafür kodiert,
umfasst. Die Expression kann in geeigneter Weise durch Kultivieren
von rekombinanten Wirtszellen, welche die Nucleinsäure umfassen,
unter geeigneten Bedingungen erreicht werden.
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Die
Nucleinsäure
kann für
eine beliebige der Aminosäuresequenzen
der Antikörper-Antigenbindungsdomänen, die
hierin beschrieben sind, oder eine beliebige funktionell äquivalente
Form kodieren. Änderungen können auf
Nucleotidebene durch Addition, Substitution, Deletion oder Insertion
eines oder mehrerer Nucleotide erfolgen, wobei diese Änderungen,
abhängig
von der Degeneration des genetischen Codes, sich auch auf Aminosäureebene
widerspiegeln können,
oder auch nicht.
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Systeme
zur Klonierung und Expression eines Polypeptids in einer Vielzahl
von verschiedenen Wirtszellen sind bekannt. Geeignete Wirtszellen
umfassen Bakterien, Säugetierzellen,
Hefe- und Baculovirus-Systeme. Auf dem Gebiet verfügbare Säugetierzelllinien
zur Expression eines heterologen Polypeptids umfassen China-Hamster-Ovarialzellen, HeLA-Zellen,
Babyhamsternierenzellen und viele andere. Ein häufiger bevorzugter Bakterienwirt
ist E. coli.
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Die
Expression von Antikörpern
und Antikörperfragmenten
in prokaryotischen Zellen, wie z.B. E. coli ist im Fachgebiet gut
etabliert. Für
einen Bericht siehe zum Beispiel Plückthun (1991). Expression in
eukaryotischen Zellen in Kultur ist Fachleuten als Option zur Produktion
eines spezifischen Bindungselements zugänglich, für jüngste Berichte siehe z.B. Reff
(1993); Trill et al. (1995).
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Es
können
geeignete Vektoren gewählt
oder hergestellt werden, die geeignete regulierende Sequenzen enthalten,
einschließlich
Promotorensequenzen, Terminationssequenzen, Polyadenylierungssequenzen, Enhancer-Sequenzen,
Markergene und anderer geeigneter Sequenzen. Vektoren können, je
nach Bedarf, Plasmide, etwa virale, z.B. von Phagen, oder Phagemide
sein. Für
weitere Details siehe z.B. Molecular Cloning: A Laborstory Manual:
2. Auflage, Sambrook et al. (1989), Cold Spring Harbor Laborstory
Press. Viele bekannte Verfahren und Vorschriften zur Manipulation
von Nucleinsäure,
z.B. zur Herstellung von Nucleinsäurekonstrukten, Mutagenese,
Sequenzierung, Einführung
von DNA in Zellen und Genexpression und Analyse von Proteinen sind
in Short Protocols in Molecular Biology, 2. Auflage, Ausubel et
al. Hrsg., John Wiley & Sons (1992)
detailliert beschrieben. Die Offenbarungen von Sambrook et al. und
Ausubel et al. sind hierin durch Verweis aufgenommen.
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Daher
stellt ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Wirtszelle
bereit, die Nucleinsäure
wie hierin offenbart enthält.
Ein weiterer Aspekt stellt ein Verfahren bereit, das die Einführung einer
solchen Nucleinsäure
in eine Wirtszelle umfasst. Die Einführung kann durch ein beliebiges
Verfahren erfolgen. Für
eukaryotische Zellen können
geeignete Verfahren Kalziumphosphattransfektion, DEAE-Dextran, Elektroporation,
liposomvermittelte Transfektion und Transduktion unter Einsatz von
Retroviren oder anderen Viren, z.B. Vakzinia, oder für Insektenzellen
Baculovirus umfassen. Für
bakterielle Zellen können
geeignete Verfahren Kalziumchloridtransformation, Elektroporation
und Transfektion unter Einsatz eines Bakteriophagen umfassen.
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Auf
die Einführung
kann die Herbeiführung
oder Ermöglichung
von Expression aus Nucleinsäure
folgen, z.B. durch Kultivieren von Wirtszellen unter Bedingungen
zur Expression des Gens.
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In
einer Ausführungsform
wird die Nucleinsäure
der Erfindung in das Genom (z.B. Chromosom) der Wirtszelle integriert.
Integration kann durch Einbau von Sequenzen gefördert werden, die gemäß Standardverfahren
eine Rekombination mit dem Genom fördern.
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Nach
der Produktion eines spezifischen Bindungselements kann es zum Beispiel
auf eine der hierin offenbarten Arten, wie z.B. bei der Formulierung
eines pharmazeutischen oder diagnostischen Produkts, verwendet werden,
wie z.B. eines Sets, das wie beschrieben zusätzlich zum spezifischen Bindungselement
ein oder mehrere Reagenzien zur Bestimmung der Bindung des Elements
an Zellen umfasst.
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Weitere
Aspekte und Ausführungsformen
der Erfindung sind Fachleuten bekannt. Zum vollständigen Verständnis der
vorliegenden Erfindung werden die folgenden Beispiele bereitgestellt,
die nur zur Veranschaulichung und nicht als Einschränkung dienen
sollen.
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1 zeigt angeordnete Aminosäuresequenzen
der VH und VL der scFvs CGS-1 und CGS-2. 1(a) zeigt
VN-Sequenzen, 1(b) zeigt VL-Sequenzen. CDRs
(1, 2 und 3) sind angegeben. Die homologste menschliche Keimbahn
VH zu beiden scFvs ist das DP47-Seqment der VH3-Familie; das VL-Segment beider
Klone ist DPL16, die Leichtkette, die verwendet wird, um die ursprüngliche
scFv-Bibliothek zu bilden (Nissim et al. (1994)). Reste, welche
die zwei Klone voneinander unterscheiden, sind unterstrichen.
-
2: 2A zeigt
ein Modell der Domänenstruktur
einer menschlichen FN-Untereinheit. Es sind die IIICS-, ED-A-, ED-B-Regionen
mit Variabilität
aufgrund von alternativem Spleißen
der FN-prä-mRNA
angegeben. Die Figur zeigt auch die internen Homologien, wie auch
die hauptsächlichen
Thermolysinverdauprodukte, die ED-B enthalten (Zardi et al. (1987)). 2B zeigt
4-18% SDS-PAGE von Plasma und WI38VA-FN und deren Thermolysin-Spaltprodukten
an, die mit Coomassie-Blau gefärbt
sind, wie auch Immunoblots, die mit BC-1, IST-6, CGS-1 und CGS-2
sondiert wurden. Unverdautes (Spur 1) und unter Einsatz von Thermolysin
mit 1 μg/mg
FN (Spur 3) und 10 μg/mg
FN (Spur 4) verdautes Plasma-FN. Unverdautes (Spur 2) und unter
Einsatz von Thermolysin mit 1 μg/mg
(Spur 5), 5 μg/mg
(Spur 6) und 10 μg/mg
(Spur 7) FN verdautes WI38VA-FN. Die Zahlen auf der rechten Seite
geben die hauptsächlichen
Thermolysinverdauprodukte an, die in 2A dargestellt
sind. Die Werte auf der linken Seite geben die Molekulargewichtsstandards
in Kilodalton (kD) an.
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3: 3A zeigt
die FN-Typ-III-Wiederholungssequenzen, die in der Fusion enthalten
sind, und rekombinante Proteine, die in E. coli exprimiert werden,
und die Reaktivität
dieser Proteine mit CGS-1 und CGS2 und mit den MAKs BC-1 und IST-6. 3B zeigt
ein mit Coomassie-Blau gefärbtes
Gel und darauf die Immunoblots, die mit CGS-1, CGS-2, BC-1, IST-6
sondiert wurden. Die Nummerierung der Spuren entspricht jener der
Peptidkonstrukte im oberen Teil der Figur. Die Werte auf der linken
Seite geben die Molekulargewichtsstandards in kD an.
-
4:
Infrarot-Mäuse-Abbildungsgerät; das Mäuse-Abbildungsgerät, das für diese
Targetingversuche verwendet wurde, bestand aus einer schwarzen,
nichtfluoreszierenden Box, die mit einer Wolframhalogenlampe, mit
Anregungs- und Emissionsfiltern, die für das CY7-Infrarotfluorophor
spezifisch sind, und einer computergesteuerten 8-bit-Monochrom-CCD-Kamera
ausgerüstet
war.
-
5:
Abzielen fluoreszenzmarkierter Antikörperfragmente auf das murine
F9-Teratokarzinom unter Einsatz des monomeren scFv(CGS-1) und dimeren
scFv(CGS-1)2, die gegen B-FN gerichtet sind.
Dimeres scFv(D1.3)2 mit Bindungsspezifität für Lysozym
wurde als negative Kontrolle verwendet.
-
6.:
Abzielen fluoreszenzmarkierter Antikörperfragmente auf das murine
F9-Teratokarzinom unter Einsatz von affinitätsgereiftem scFv(CGS-2) und
scFv(28SI) mit geringerer Affinität, das auf dasselbe Epitop von
B-FN ausgerichtet ist. Das Targeting wird sowohl bei großen Tumoren
(etwa 0,6 g), die 48 h lang mit einer schwarzen Kruste bedeckt werden,
die teilweise die Bildgebung verdunkelt, als auch bei kleinen Tumoren
(etwa 0,2 g) detektiert.
-
Liste der Beispiele
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- Beispiel 1 – Isolierung
von menschlichen scFvs, die für
die ED-B-Domäne
von menschlichem FN spezifisch sind.
- Beispiel 2 – Affinitätsreifung
von menschlichen scFvs, die für
die ED-B-Domäne
von menschlichen FN spezifisch sind.
- Beispiel 3 – Spezifität von affinitätsgereiften
scFvs für
ED-B-enthaltende Fibronektine.
- Beispiel 4 – Verwendung
von affinitätsgereiften
Anti-ED-B-scFvs für
immunzytochemische Färbung
von menschlichen und Maus-Tumorschnitten.
- Beispiel 5 – Verwendung
von affinitätsgereiften
Anti-ED-B-scFvs für
In-vivo-Targeting auf menschliche Tumoren.
- Beispiel 6 – Abzielen
auf xenotransplantiertes murines F9-Teratokarzinom bei Nacktmäusen.
-
Beispiel 1 – Isolierung von menschlichen
scFvs, die für
die ED-B-Domäne
von menschlichem FN spezifisch sind
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Eine
menschliche scFv-Phagenbibliothek (Nissim et al. (1994)) wurde zur
Selektion von rekombinanten Antikörpern verwendet. Zwei verschiedene
Formen der ED-B- Isoform
wurden als Antikörperquelle
zur Selektion verwendet, und in beiden Fällen war die Isoform rekombinantes
menschliches Protein.
-
Rekombinante
FN-Peptide, welche die Typ-III-Wiederholungen 2-11 (B-) und 2-11
(B+) enthielten, wurden in Escherichia coli exprimiert.
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Ein
Konstrukt wurde unter Einsatz von FN-cDNA aus den Klonen pFH154
(Kornblihtt et al. (1985)), λF10
und λF2
(Carnemolla et al. (1989)) erzeugt. Die cDNA-Konstrukte, die sich über die
Basen 2229-4787 erstreckten (Kornblihtt et al. (1985)), wurden unter
Einsatz des QlAexpress-Sets von Qiagen (Chatsworth, Kalifornien)
in den Vektor pQE-3/5 insertiert. Die Rekombinanten FN-III 2-11
(B-) und (B+) wurden durch Immunoaffinitätschromatographie unter Einsatz
des MAK 3E3 (Pierschbacher et al. (1981)) gereinigt, der an Sepharose-4B
konjugiert war (Pharmacia). DNA-Fragmente zur Herstellung der rekombinanten
FN-Fragmente, welche die Typ-III-Homologiewiederholungen 7B89, 789,
ED-B und FN-6 enthielten, wurden durch Polymerasekettenreaktions-
(PCR-) Amplifikation unter Einsatz von UltMa-DNA-Polymerase (Perkin
Elmer), unter Einsatz von cDNA aus den Klonen FN-2-11 (B+) und FN
2-11 (B+) als Matrizen produziert. Es wurden Primer entworfen, um
das Klonieren von PCR-Produkten in pQE-12 unter Einsatz des QIAexpress-Sets
(Qiagen) zu ermöglichen.
Sie wurden in der Folge in E. coli transformiert und exprimiert.
Alle cDNA-Klone
wurden unter Einsatz eines Sequenase-2,0-DNA-Sequenzierungssets
(USB) sequenziert.
-
Rekombinante
Proteine wurden gemäß den Angaben
des Herstellers (Qiagen) mittels Ni-NTA-Chromatographie (IMAC) unter
Einsatz einer Hexahistidinmarkierung am Carboxy-Terminus der FN-Fragmente
gereinigt. Das ED-B-βGal-Fusionsprotein
wurde durch Klonieren von ED-B-cDNA in den λgt11-Bakteriophagenvektor hergestellt,
um den Klon λED-B
zu ergeben. Klon λchFN60
(der einen Teil der ED-B-Sequenz enthielt) wurde als Fusionsprotein
aus dem klonierten Hühner-FN-pchFN60
erhalten (Norton et al. (1987)).
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Zur
Selektion der menschlichen scFv-Phagenbibliothek, wurden für jedes
der beiden verschiedenen rekombinanten Antigene (7B89 und ED-B)
drei Panning-Runden durchgeführt.
Die Antigene wurden beide über
Nacht bei 50 μg/ml
in PBS (20 mM Phosphatpuffer, 0,15 M NaCl, pH 7,2) auf Immunröhrchen geschichtet (Nunc;
Maxisorp, Roskilde, Dänemark).
Das erste Antigen war das rekombinante FN-Fragment 7B89, in dem die
ED-B-Domäne
von benachbarten Typ-III-FN-Homologiewiederholungen flankiert ist,
dieses wurde bei 4 °C über Nacht
beschichtet. Das zweite verwendete Antigen war rekombinantes ED-B
(Zardi et al. (1987)) mit einer carboxyterminalen Hexahistidinmarkierung;
wobei dieses Protein keine Lysinreste enthielt, sodass die terminale
Aminogruppe der ersten Aminosäure
für ortsspezifische
kovalente Immobilisierung von ED-B auf reaktiven ELISA-Platten (Nunc,
Covalink) verfügbar
ist. Die Beschichtung wurde über
Nacht bei Raumtemperatur durchgeführt.
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Nach
drei Panning-Runden wurden die eluierten Phagen in HB2151-E.coli-Zellen
infiziert und wie beschrieben ausplattiert (Nissim et al. (1994)).
Nach jeder Selektionsrunde wurden 95 ampicillinresistente einzelne
Klone gescreent, um antigenspezifische scFvs durch ELISA zu identifizieren.
Klone, welche die stärksten ELISA-Signale
auf den Antigenen ergaben, die zum Panning verwendet werden, wurden
zur weiteren Analyse und zur Affinitätsreinigung ausgewählt. Es
wurde auch gezeigt, dass diese Klone bei immunzytochemischer Färbung eine
spezifische Färbung
von Schnitten von Glioblastoma multiforme und Brusttumoren ergaben,
wie in Beispiel 4 detaillierter beschrieben wird.
-
Beispiel 2 – Affinitätsreifung von menschlichen
scFvs, die für
die ED-B-Domäne
von menschlichen FN spezifisch sind
-
Die
Klone 35GE (aus Selektion mit 7B89) und 28SI (aus Selektion mit
der ED-B-Domäne alleine)
wurden als Kandidaten-Antikörper
für die
Affinitätsreifung
ausgewählt.
Um die Leichtketten als Mittel zur Verbesserung von Affinität zu diversifizieren,
entdeckten die Erfinder eine einfache Affinitätsreifungsstrategie, basierend
auf dem Randomisieren der zentralen sechs Reste (DSSGNH) der Leichtketten-CDR3
unter Einsatz von degenerierten Oligonucleotiden und PCR (1), wobei eine potenzielle Sequenzdiversität von 206 = 6,4 × 101 bereitgestellt wird. Diese Region (gemeinsam
mit der Schwerketten-CDR3) liegt im Zentrum der Antigenbindungsstelle
(Padlan (1994)). Die Erfinder mutierten auch den Argininrest direkt
vor den sechs Resten zu Serin, um die Möglichkeit elektrostatischer
Wirkungen zu vermeiden, welche die Selektion dominieren könnten.
-
Plasmide
aus einer einzigen bakteriellen Kolonie, die das „Stamm"-ScFV-Fragment exprimierte,
wurden mit PCR mit den Primern LMB3 (5' CAG GAA ACA GCT ATG AC 3') und CDR3-6-VL-FOR
(5' CTT GGT CCC
TCC GCC GAA TAC CAC MNN MNN MNN MNN MNN MNN AGA GGA GTT ACA GTA
ATA GTC AGC CTC 3')
(94C [1'] – 55C [1'] – 72C [1'30"], 25 Zyklen; siehe
Marks et al. (1991) für
Puffer und Bedingungen) amplifiziert. Das resultierende Produkt
wurde gelgereinigt (um Spuren des Plasmids zu entfernen, welches
das ursprüngliche
scFv-Gen enthielt) und wurde als Matrize für einen zweiten Amplifikationsschritt
mit den Primern LMB3 und J1-Not-FOR
(5' ATT GCT TTT
CCT TTT TGC GGC CCC GCC TAG GAC GGT CAG CTT GGT CCC TCC GCC 3') (94C [1'] – 55C [1'] – 72 C [1'30"], 25 Zyklen) verwendet.
Das rohe PCR-Produkt, das als einzelne Bande mit korrektem Molekulargewicht
auf Agarose-Gel läuft,
wurde direkt unter Einsatz von Spin-Bind (FMC, Rockland, Maine,
USA) aus dem PCR-Gemisch gereinigt, doppelt mit Nco1/Not1 verdaut
und in gelgereinigtes, Nco1/Not1-verdautes Phagemid pHNE1 ligiert
(Hoogenboom et al. (1991)), das ein Atrappen-Nco1/Not1-Insert enthielt,
um die Trennung eines doppelt verdauten von einem einfach verdauten
Vektor zu ermöglichen.
Der Vektor wurde mit einem Plasmid-maxi-prep-Set von Qiagen (Chatsworth,
Kalifornien, USA) hergestellt. Etwa 5 μg an verdautem Plasmid und Insert
wurden im Ligationsgemisch verwendet, das einmal mit Phenol, einmal
mit Phenol/Chlorofom/Isoamylalkohol (25:25:1) extrahiert wurde,
dann unter Einsatz von Glykogen (Boehringer, Mannheim, Deutschland)
als Träger
ethanolgefällt
und am Speed-vac getrocknet. Das Pellet wurde in 20 μl Wasser
resuspendiert und in elektrokompetente TG1-E.-coli-Zellen elektroporiert (Gibson
(1984)). Die Erfinder verwendeten typischerweise elektrokompetente
Zellen mit einem Titer von 109 Transformanten/μg, wenn Glycerinstämme verwendet
wur den, oder 1010 Transformanten/μg bei frisch
hergestellten elektrokompetenten Zellen. Dies ergab mit dem hierin
angeführten
Verfahren typischerweise > 107 Klone.
-
Die
Reifungsbibliothek wurde dann wie die Nissim-Bibliothek prozessiert
(Nissim et al. (1994)), um Phagenteilchen zu produzieren, die für eine Selektionsrunde
auf Immunröhrchen
unter Einsatz von 7B89 (10 μg/ml)
als Antigen, gefolgt von einer Runde kinetischer Selektion (Hawkins
et al. (1992)) verwendet wurden. Dieser Selektionsschritt wurde
durch Inkubation von biotinyliertem 76B89 (10 nm) mit der Phagensuspension (etwa
1012 Übertragungseinheiten)
in 2% Milch-PBS (2% MPBS) aus der ersten Selektionsrunde 56 Minuten lang
durchgeführt,
dann wurde nicht-biotinyliertes 7B89 (1 μM) zugegeben und die Kompetition
30 Minuten lang fortgeführt.
100 μl streptavidinbeschichtete
Dynabeads (Dynal: M480), die in 2% MPBS vorblockiert waren, wurden
dann zum Reaktionsgemisch zugegeben, 2 Minuten lang gemischt und
dann auf einem Magneten gefangen und 10-mal mit alternierenden Waschflüssigkeiten
(PBS + 0,1% Tween-20) und PBS gewaschen. Der Phage wurde mit 0,5
ml 100 mM Triethylamin von den Kügelchen
eluiert. Diese Lösung
wurde dann mit 0,25 ml 1 M Tris, pH 7,4, neutralisiert und dazu
verwendet, exponentiell wachsende HB2151-Zellen zu infizieren (Nissim
et al. (1994)). 95 einzelne ampicillinresistente Kolonien wurden
dazu verwendet, scFv-enthaltende Überstände zu produzieren (Nissim
et al. (1994)), die durch ELISA, Immunohistochemie und BlAcore gescreent
wurden, um die besten Bindemittel zu identifizieren. Sie wurden
dann zwischen Sfi1/Not1-Stellen des pDN268-Expressionsvektors subkloniert
(Neri et al. (1996)), der eine phoshorylierbare Markierung, das FLAG-Epitop
und eine Hexahistidinmarkierung am C-terminalen Arm des scFv anbringt.
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Einzelne
Kolonien der relevanten Antikörper,
die in pDN268 subkloniert wurden, wurden bei 37 °C in 2xTY gezüchtet, das
100 mg/l Ampicillin und 0,1% Glucose enthielt. Als die Zellkultur
eine OD600 von 0,8 erreichte, wurde IPTG
in einer Endkonzentration von 1 mM hinzugefügt, und das Wachstum wurde
16-20 Stunden lang bei 30 °C
fortgesetzt. Nach Zentrifugation (GS-2 Sorvall-Rotor, 7000 rpm,
30 Minuten), wurde der Überstand
filtriert, eingeengt und unter Einsatz eines tangentiellen Minisette-
(Filtron) Durchflussgeräts
gegen Ladungspuffer (50 mM Phosphat, pH 7,4, 500 mM NaCl, 20 mM
Imidazol) ausgetauscht. Die resultierende Lösung wurde auf 1 ml Ni-NTA-Resin
(Qiagen) geladen, mit 50 ml Ladungspuffer gewaschen und mit Elutionspuffer
(50 mM Phosphat, pH 7,4, 500 mM NaCl, 100 mM Imidazol) eluiert.
Der gereinigte Antikörper
wurde durch SDS-PAGE analysiert (Laemmli (1970)) und bei 4 °C gegen PBS
dialysiert. Gereinigte scFv-Formulierungen wurden weiters unter
Einsatz eines FPLC-Geräts, das
mit einer S-75-Säule
ausgerüstet
war, mittels Gelfiltration verarbeitet, da bekannt ist, dass mehrwertige
scFv-Fragmente durch Aviditätswirkungen
(Nossom et al. (1994), Crothers und Metzger (1972)) eine künstliche
gute Bindung auf BlAcore zeigen (Jonsson et al. (1991)). Die Antikörperkonzentration
von FPLC-gereinigten monomeren Fraktionen wurde spektralphotometrisch
bestimmt, wobei eine Absorption bei 280 nm von 1,4 Einheiten für eine 1
mg/ml scFv-Lösung
angenommen wurde.
-
Die
Bindung einwertiger scFvs in verschiedenen Konzentrationen im 0,1-1 μM-Bereich
in PBS wurde unter Einsatz der folgenden Antigene auf einem BIAcor-Gerät (Pharmacia
Biosensor) gemessen: (i) 1000 Resonanzeinheiten (RU) von biotinyliertem
rekombinanten FN-Fragment 7B89, das auf einem mit Strepatividin beschichteten
Chip immobilisiert war, der dann von 250 RU scFv spezifisch gebunden
wurde; (ii) 200 RU von rekombinantem ED-B, chemisch immobilisiert
an der N-terminalen Aminogruppe, die dann von 600 RU scFv spezifisch
gebunden wurde; (iii) 3500 RU von ED-B-reichem Fibronektin WI38VA
(siehe Beispiel 3), das dann von 150 RU scFv spezifisch gebunden
wurde. Eine kinetische Analyse der Daten wurde gemäß den Angaben des
Herstellers durchgeführt.
Auf Basis der qualitativen BlAcore-Analyse von antikörperenthaltenden Überständen wurde
eine affinitätsgereifte
Version jedes scFv-Klons ausgewählt:
Klon CGS-1 durch Selektion mit dem 78B9-Fragment und cgS-2 durch
Selektion mit rekombinantem ED-B-FN-Fragment. Die Assoziationsgeschwindigkeitskonstanten
(kon) und Dissoziationsgeschwindigkeitskonstanten
(koff) sind in Tabelle 1 gemeinsam mit den
berechneten Gleichgewichtsdissoziationskonstanten (Kd) sowohl der
scFvs als auch des ursprünglichen
28SI-Klons angegeben. Obwohl sowohl CGS-1- als auch CGS-2-Klone
Kds im Nanomolbereich besitzen, zeigte Klon CGS-2 die beste Verbesserung
gegenüber
seinem Stammklon, wodurch sich in Hinblick auf alle drei Proteine,
die auf dem Sensorchip getestet wurden (Tabelle 1) eine Kd von 1
nM ergab (verbessert gegenüber
110 nM). Die Verbesserung war hauptsächlich auf eine langsamere
kinetische Dissoziationskonstante zurückzuführen (10–4 s–1),
gemessen mit monomeren Antikörperformulierungen
(nicht gezeigt).
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Die
Reifungsstrategie scheint allgemein zu sein und ergab affinitätsverbesserte
Antikörper
gegen Maltosebindungsprotein, Cytochrom C, die extrazelluläre Domäne von murinem
Endoglin (D.N., L. Wyder, R. Klemenz), Cytomegalovirus (A. P., G.
Neri, P. N. R. Botti), das nukleare Tumormarker-HMGI-CProtein (A.
P., P. Soldani, V. Giancott, P. N.) und die plazentale alkalische
Phosphatase als Eierstocktumormarker (M. Deonarain und A. A. Epenetos).
Die Strategie scheint daher zumindest ebenso wirksam zu sein wie
andere Reifungsstrategien (Marks et al. (1992), Low et al. (1996))
und liefert Antikörper
mit ähnlichen
Affinitäten
wie jene, die von sehr großen
Phagen-Antikörperbibliotheken
herrühren
(Griffiths et al. (1994), Vaughan et al., (1996)).
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Die
affinitätsgereiften
Klone CGS-1 und CGS-2 wurden sequenziert und mit einer Datenbank
von menschlichen Keimbahn-Antikörper-V-Genen
(V-BASE) abgeglichen, dann unter Einsatz von MacVector-Software
translatiert. Das VR-Gen beider Klone war am homologsten zur menschlichen
Keimbahn DP47 (VH3), und zusätzlich
hatte jeder Klon eine andere VH-CDR3-Sequenz (1).
Das VR-Gen beider Klone war die DPL16-Keimbahn, die zur Herstellung
des menschlichen synthetischen scFv-Repertoires verwendet wurde, das
von Nissim et al. (1994) beschrieben wurde. Die VL-CDR3-Sequenzen unterschieden
sich an vier von sechs randomisierten Resten voneinander (1b).
-
-
Beispiel 3 – Spezifität von affinitätsgereiften
scFvs für
ED-B-enthaltende Fibronektine
-
Die
Immunreaktivität
der zwei affinitätsgereiften
scFvs CGS-1 und CGS-2 wurde anfänglich
mittels ELISA beurteilt und direkt mit dem MAK BC-1 (der die B-FN-Isoform
erkennt) und MAK IST-6, der nur FN-Isoformen erkennt, denen ED-B
fehlt (Carnemolla et al. (1989) (1992)), verglichen. Von der Charakterisierung
dieser MAKs ist zuvor berichtet worden (Carnemolla et al. (1989)
(1992)). Die feine Spezifitätsanalyse
wurde danach unter Einsatz einer großen Gruppe von durch Thermolysinbehandlung
erhaltenen FN-Fragmenten und von rekombinanten Fusionsproteinen
durchgeführt.
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Die
Antigene, die für
ELISA und Immunoblotting verwendet wurden, wurden wie folgt hergestellt.
FN wurde aus menschlichem Plasma und aus dem konditionierten Medium
der WI38VA13-Zelllinie wie zuvor berichtet gereinigt (Zardi et al.
(1987)). Gereinigte FNs wurden mit Thermolysin (Protease-Typ-X;
Sigma Chemical Co.) wie von Carnemolla et al. (1989) berichtet verdaut.
Native FN-Fragmente mit 110 kd (B-) und 120 kd (B+) (siehe 2) wurden aus einem FN-Verdau wie zuvor
berichtet gereinigt (Borsi et al. (1991)). Die große Isoform
von Tenascin-C wurde wie von Saginati et al. (1992) berichtet gereinigt,
rekombinante Proteine wurden exprimiert und wie in Beispiel 1 beschrieben
gereinigt. SDS-PAGE und Western-Blotting wurden wie von Carnemolla
et al. (1989) beschrieben durchgeführt.
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Alle
Antigene, die im ELISA verwendet wurden, wurden in PBS auf zwischen
50-100 μg/ml
verdünnt und
bei 4 °C über Nacht
auf Immuno-Platten-Wells beschichtet (Nunc, Roskilde, Dänemark).
Ungebundenes Antigen wurde mit PBS entfernt, und die Platten wurden
dann 2 h lang bei 37 °C
mit PBS blockiert, das 3% (Gew./Vol.) Rinderserumalbumin (BSA) enthielt.
Dem folgten vier Waschungen mit PBS, das 0,05% Tween 20 (PEST) enthielt.
Antikörper
wurden dann bei 37 °C
1,5 h lang binden gelassen, scFvs wurden mit einem Antiserum vorinkubiert,
das gegen die taq-Sequenz
gerichtet war: MAK M2 [Kodak, New Haven, Connecticut] für die FLAG-Markierung oder 9E10
[ATCC, Rockville, Maryland] für
die myc-Markierung. Die getesteten Kontrollantikörper waren die MAKs BC-1 und
IST-6. Nach vier Waschungen mit PEST wurden die Platten 1 h lang
bei 37 °C
mit 1:2000 verdünntem
(in PEST + 3 % BSA) biotinyliertem Ziegen-Anti-Maus-IGG (Bio-SPA
Division, Mailand, Italien) verdünnt.
Die Waschungen wurden wiederholt, und ein Komplex aus Streptavidin
und biotinylierter alkalischer Phosphatase (Bio-SPA Division, Mailand,
Italien) wurde 1 h lang bei 37 °C
zugesetzt (1:800 verdünnt
in PEST, das 2 mM MgCl
2 enthielt). Die Reaktion
wurde unter Einsatz von Phosphatase-Substrattabletten (Sigma) in
10% Diethanolamin, pH 9,8 entwickelt, und die optische Dichte wurde
bei 405 nm abgelesen. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle
2 angeführt. TABELLE
2
| CGS-1 | CGS-2 | BC-1 | IST-6 |
Plasma
FN | 0,07 | 0,04 | 0,09 | 1,73 |
WI38VA
TN | 1,16 | 0,72 | 1,20 | 1,12 |
n110
kD (B) | 0,03 | 0,01 | 0,05 | 1,20 |
n120
kD (B+) | 0,82 | 0,81 | 1,20 | 0,02 |
rec
FN7B89 | 1,11 | 1,02 | 1,02 | 0,01 |
rec
FN789 | 0,01 | 0,01 | 0,05 | 1,25 |
rec
ED-B | 1,21 | 1,32 | 0,15 | 0,04 |
rec
FN-6 | 0,01 | 0,01 | 0,08 | 0,03 |
Tenascin | 0,01 | 0,02 | 0,06 | 0,02 |
-
Immunoreaktivität von scFv
und monoklonalen Antikörpern
mit von Fibronektin abstammenden Antigenen, gemessen mittels ELISA.
Die Werte repräsentieren
die OD, die bei 405 nm nach Subtraktion des Hintergrundsignals gemessen
wurde. Die Daten sind die Mittelwerte von vier Versuchen, die eine
maximale Standardabweichung von 10% aufweisen.
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Die
Identität
der verschiedenen Formen von Fibronektin, die in diesem Versuch
verwendet wurden, war wie folgt: Plasma-FN = menschliches Plasma-Fibronektin;
WI38-VA-FN = Fibronektin
aus Überständen von
SV40-transformierten Fibroblasten (Zardi et al. (1987)); n110kd
= mit Thermolysin behandelte FN-Domäne 4 ohne ED-B; n120kd = mit
Thermolysin behandelte FN-Domäne
4, die ED-B enthielt; rec FN7B89 = ED-B-Domäne, flankiert von angrenzenden
Typ-III-FN-Homologiewiederholungen; rec FN789 = Typ-III-FN-Homologiewiederholungen
mit einer ED-B-Domäne;
rec ED-B = rekombinantes
ED-B alleine; rec FN6 = rekombinante FN-Domäne 6.
-
Sowohl
CGS-1 als auch CGS-2 erkannten das rekombinante ED-B-Peptid, wie
auch alle nativen oder rekombinanten FN-Fragmente, welche die ED-B-Sequenz
enthielten, während
sie sich an keinerlei FN-Fragmente banden, denen ED-B fehlte. Weiters
reagierten CGS-1 und CGS-2 nicht mit Tenascin (das fünfzehn Typ-III-Homologiewiederholungen
umfasst: Siri et al (1991)) und Plasma-Fn, das in Thermolysinverdauprodukten
keine detektierbaren Mengen der ED-B-Sequenz enthielt (Zardi et
al. (1987)). Hingegen reagierten CGS-1 und CGS-2 stark mit FN, das
aus der SV40-transformierten
Zelllinie WI378VA gereinigt worden war. Etwa 70-90% von FN-Molekülen aus
dieser Zelllinie enthalten ED-B, was durch Thermolysin-Verdau und
S1-Nucleaseversuche
unter Einsatz von gereinigtem FN und von Gesamt-RNA, die aus der
Zelllinie hergestellt wurde, gezeigt wurde (Zardi et al. (1987);
Borsi et al. (1992)). Die Spezifität der scFVs für die ED-B-Komponente
von FN wurde weiters durch die Verwendung von löslichen rekombinanten ED-B
gezeigt, um die Bindung von CGS-1 und/oder CGS-2 an FN auf WI38VA-Zellen
zu hemmen (Daten nicht angegeben).
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Die
Daten bestätigen,
dass CGS-1 und CGS-2 nur spezifisch mit FN-Derivaten reagieren,
welche die ED-B-Domäne
enthalten. Sie zeigen beide dieselbe Reaktivität wie MAK BC-1, mit der Ausnahme
des Falls von rekombinantem ED-B, das von BC-1 nicht erkannt wurde.
Die Intensität
der erhaltenen ELISA-Signale im Vergleich zu den MAK-Kontrollen
zeigt die hohe Spezifität
der zwei scFvs für
ED-B-enthaltende Antigene.
-
Die
Spezifität
von CGS-1 und CGS-2 wurde weiters unter Einsatz von FN aus Plasma
und WI38VA-Zellen und Thermolysinverdauen davon auf Immunoblots
untersucht. Nach Thermolysinverdau erzeugte FN aus WI38VA-Zellen
(die Mehrheit davon enthielt ED-B) ein 120-kd-Fragment (das ED-B
enthielt) und ein kleineres 110-kd-Fragment,
dem ED-B fehlte (2A; Zardi et al. (1987)). Der
weitere Verdau der 120-kd-Domäne
erzeugt zwei Fragmente; ein 85-kd-Fragment, das fast die gesamte
ED-B-Sequenz an seinem Carboxyterminus enthält, und eine 35-kd-Sequenz
(2A, Zardi et al., (1987)).
-
Auf
der linken Seite von 2B ist ein mit Coomassie-Blau
gefärbtes
Gel der Proteinfraktionen zu sehen, die durch Immunoblotting analysiert
wurden. Plasma-FN (Spur 1) und Thermolysin-Verdaue des Proteins (Spur
3, die das 110 kd Protein enthielt, und Spur 4, die verdautes 110-kd-Protein
enthielt) wurden von CGS-1 und CGS-2 nicht erkannt. Hingegen wurde
ED-B-reiches FN aus WI38VA-Zellen, sowohl intakt (Spur 2) als auch
nach zunehmendem Thermolysinverdau (Spuren 5, 6 und 7) von beiden
scFv-Fragmenten erkannt. Das kleinste von FN herrührende Fragment,
das von CGS-1 spezifisch erkannt werden konnte, war das 120-kD-Protein
(das die Typ-III-Wiederholungen
2-11 (Grenzen eingeschlossen) überspannte),
während CGS-2
das 85-kd-Fragment erkennen konnte, das die Wiederholungen 2-7 überspannte,
zusätzlich
zum N-Terminus von ED-B (2B; Zardi
et al. (1987)). Diese Ergebnisse zeigen, dass die zwei scFvs auf
unterschiedliche Epitope innerhalb der ED-B-Sequenz reagieren. Die Bindung von CGS-2
an die 85-kd-Domäne zeigt,
dass das Epitop für
diesen Klon im Aminoterminus von ED-B liegt. Hingegen zeigt der
Verlust an CGS-1-Bindung, wenn die 120-kD-Domäne zu 85 kD verdaut wird, dass
es ein Epitop erkennt, dass sich weiter in Richtung des Carboxy-Terminus
des ED-B-Moleküls
befindet.
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Die
Feinspezifität
von CGS-1 und CGS-2 wurde weiters durch Immunoblotting unter Einsatz
rekombinanter FN-Fragmente und Fusionsproteine mit oder ohne der
ED-B-Sequenz untersucht.
Die FN-Fusionsproteine wurden wie von Carnemolla et al. (1989) beschrieben
hergestellt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in 3 dargestellt,
für die
Assoziation des schematischen Diagramms mit der Struktur der Domä nen von menschlichem
FN siehe Carnemolla et al. (1992). Die erhaltenen Bindungsprofile
bestätigten
im Wesentlichen, was zuvor durch ELISA und Immunoblots an gereinigtem
FN und proteolytischen Spaltprodukten durchgeführt wurde: CGS-1 und CGS-2
reagierten stark mit ED-B-enthaltenden FN-Fragmenten (Spuren 2 und
4), zeigten aber keine Reaktivität
mit FN-Sequenzen, denen ED-B fehlte (Spuren 1 und 3). CGS-1 reagierte
weder mit menschlichem (Spur 5) oder Hühner- (Spur 6) ED-B-Fusionsprotein, während CGS-2
stark mit beiden Fragmenten reagierte (3).
Dieses Ergebnis kann bestimmte Konformationseinschränkungen
des Epitops in ED-B-enthaltenden
FN, die von CGS-1 erkannt werden, widerspiegeln, es ist z.B. möglich, dass
das Epitop gegenüber
Denaturierung empfindlich ist oder es nicht korrekt präsentiert
wird, wenn es mittels SDS-PAGE fraktioniert wird und auf einen festen
Träger,
wie z.B. Nitrozellulose, übertragen
wird.
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Zusammengenommen
zeigen diese Ergebnisse, dass CGS-1 und CGS-2 sich in Regionen,
die sich voneinander unterscheiden und eine andere als die ED-B-Struktur
aufweisen, die vom MAK BC-1 erkannt wird, stark und spezifisch an
ED-B-enthaltende FNs binden.
-
Beispiel 4 – Verwendung von affinitätsgereiften
Anti-ED-B-scFvs zur immunzytochemischen Färbung von menschlichen und
Maus-Tumoren
-
CGS-1
und CGS-1 sind beide dazu verwendet worden, ED-B-enthaltende FN-Moleküle in verschiedenen
normalen und neoplastischen menschlichen Geweben zu immunolokalisieren.
Als normales Gewebe wurde Haut ausgewählt, da bekannt ist, dass die
B-FN-Isoform in Makrophagen und Fibroblasten während kutaner Wundheilung exprimiert
wird (Carnemolla et al. (1989), Brown et al. (1993)). Die zwei ausgewählten menschlichen
Tumoren sind zuvor auf die Spezifität der Färbung mit Anti-Fibronektin-MAKs
analysiert worden: Glioblastoma multiforme ist detailliert studiert
worden, weil Endothelzellen in den Gefäßen dieses Tumors in einem höchst proliferativen
Zustand mit verstärkten
angiogenetischen Prozessen sind, welche die Expression von B-FN-Isoformen
umfassen (Castellani et al. (1994)). Weiters haben Studien unter
Einsatz einer vielfältigen Gruppe
von normalem, hyperplastischem und neoplastischem menschlichem Brustgewebe
weitere Beweise für
Korrelationen zwischen Angiogenese und B-FN-Expression bereitgestellt
(Kaczmarek et al. (1994)).
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Für die hierin
beschriebenen Versuche ist die immunhistochemische Färbung von
CGS-1 und CGS-2 mit jener des MAK BC-1 (der die B-FN-Isoform erkennt)
und anderer MAKs verglichen worden, von denen bekannt ist, dass
sie entweder auf alle bekannten FN-Isoformvarianten (IST-4) oder
nur auf FN-Isoformen reagieren, denen ED-B (IST-6) fehlt. Es ist
zuvor von der Charakterisierung aller dieser Kontroll-Antikörper berichtet
worden (Carnemolla et al. (1989) (1992)).
-
Normale
und neoplastische Gewebe wurden aus Proben erhalten, die bei chirurgischen
Eingriffen entnommen wurden. Es ist bereits festgestellt worden,
dass die Vorbereitung und Fixierung von Geweben für die genaue
und empfindliche Detektion von FN-enthaltenden Molekülen entscheidend
ist (Castellani et al. (1994)). Für Immunhistochemie wurden 5 μm dicke Kryostatschnitte
luftgetrocknet und in kaltem Aceton zehn Minuten lang fixiert. Immunfärbung wurde
unter Einsatz eines Streptavidin-Biotin-alkalische-Phosphatase-Komplex-Färbesets
(Bio-SPA Division, Mailand, Italien) und Naphthil-AS-MX-Phosphat
und Fast Red TR (Sigma) durchgeführt.
Gills Hämatoxylin
wurde als Gegenfärbung
verwendet, gefolgt vom Einschließen in Glycergel (Dako, Carpenteria,
Kalifornien) wie zuvor von Castellani et al. (1994) berichtet. Um
die Spezifität
weiters in Versuchen zu analysieren, in denen eine positive Färbung von
Geweben erhalten wurde, wurde die Spezifität für ED-B durch Vorinkubation
von Antikörpern
mit der rekombinanten ED-B-Domäne,
gefolgt von der zuvor beschriebenen Detektion erhalten.
-
Die
Ergebnisse dieser Versuche zeigten allgemein, dass sowohl CGS-1
als auch CGS-2 mit denselben histologischen Strukturen reagieren
wie der MAK BC-1. Das mit Haut unter Einsatz von CGS-1, CGS-2 und
BC-1 erhaltene Farbmuster spiegelt das Fehlen von ED-B in FN, das
in der Dermis exprimiert wurde, wider. Bei der Färbung von invasiven Duktalkarzinomschnitten
zeigten CGS-1, CGS-2 und BC-1 eine eingeschränkte Verteilung der Färbung, die
auf die Grenze zwischen den neoplastischen Zellen und dem Stroms beschränkt war.
Das steht im Einklang mit der Tatsa che, dass, obwohl das gesamte
FN im gesamten Tumorstroms homogen verteilt ist, die Expression
von B-FN auf bestimmte Regionen beschränkt ist, und es sind diese
Regionen, die zuvor erfolgreich (in 95% der Fälle) in invasivem duktalem
Karzinom unter Einsatz des MAK BC-1 lokalisiert worden sind (Kaczmarek
et al. (1994)).
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Es
sind vorherige Entdeckungen bei der Färbung von BC-1 des Tumors Glioblastoma
multiforme nachgewiesen worden. Castellani et al. (1994) hatten
ein typisches Färbungsmuster
von glomerularähnlichen vaskulären Strukturen
beobachtet, und in den Versuchen der Erfinder ist gezeigt worden,
dass CGS-1 und CGS-2 qualitativ identische Ergebnisse ergeben.
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Es
gibt jedoch einen wichtigen Unterschied zwischen CGS-1 und CGS-2
und dem MAK BC-1: Es ist gezeigt worden, dass sich die zwei menschlichen
scFvs an Hühner-
und Maus-B-FN binden, während
BC-1 strikt humanspezifisch ist. CGS-2 reagierte mit Hühnerembryonen
(Daten nicht angegeben), und sowohl CGS-1 als auch CGS-2 reagierten
mit Maustumoren.
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Es
ist auch CGS-1-Färbung
von vaskulären
Strukturen auf Schnitten von murinem F9-Teratokarzinoms gezeigt
worden. Hingegen zeigten alle getesteten normalen Mausgewebe (Leber,
Milz, Niere, Magen, Dünndarm,
Dickdarm, Eierstock, Uterus, Blase, Pankreas, Nebennierendrüsen, Skelettmuskel,
Herz, Lunge, Schilddrüse
und Gehirn) eine negative Färbungsreaktion
mit CGS-1 und CGS-2 (Daten nicht angegeben). Die in den F9-Teratokarzinom-Schnitten
gefärbten
Strukturen erwiesen sich als ED-B-spezifisch, indem die rekombiante
ED-B-Domäne
verwendet wurde, um die erhaltene Färbung vollständig zu
hemmen (Daten nicht angegeben.)
-
Beispiel 5 – Verwendung von affinitätsgereiften
Anti-ED-B-scFvs zum In-vivo-Targeting
von menschlichen Tumoren
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Die
menschliche Melanom-Zelllinie SKMEL-28 wurde verwendet, um xenotransplantierte
Tumoren in 6-10 Wochen alten Nacktmäusen (Balb-C oder MF-1; Harlan,
UK) zu entwickeln, indem in eine Flanke subkutan 1 × 107 Zellen/Maus injiziert wurden.
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Mäusen, die
Tumoren trugen, wurde in die Schwanzvene 100 μl von 1 mg/ml scFv1-Cy71-Lösung in PBS
injiziert, als die Tumoren einen Durchmesser von etwa 1 cm erreicht
hatten.
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Die
Markierung von rekombinanten Antikörpern mit CY7 wurde durch Zugabe
von 100 μl
1 M Natriumbicarbonat, pH = 9,3, und 200 μl CY7-bis-OSu (Amersham, Kat.-Nr. PA17000; 2 mg/ml
in DMSO) zu 1 ml Antikörperlösung in
PBS (1 mg/ml) erreicht. Nach 30 Minuten bei Raumtemperatur wurden
100 μl 1
M Tris, pH = 7,4 zum Gemisch hinzugefügt, und der markierte Antikörper wurde
unter Einsatz von PD10-Säulen
für den
einmaligen Gebrauch (Pharmacia Biotech, Piscataway, New Jersey,
USA), mit PBS äquilibriert,
von nichtumgesetztem Farbstoff getrennt. Die eluierten grünen Antikörperfraktionen
wurden unter Einsatz von Centricon-10-Röhrchen auf etwa 1 mg/ml konzentriert
(Amicon, Beverly, Massachusetts, USA). Das erreichte Markierungsverhältnis lag
im Allgemeinen nahe 1 Molekül
CY7 pro 1 Molekül
Antikörper.
Dies wurde spektroskopisch mit 1-cm-Küvetten beurteilt, in der Annahme,
dass 1 mg/ml Antikörperlösung eine
Absorption von 1,4 Einheiten bei 280 nm ergibt, dass der molare
Extinktionskoeffizient von CY7 bei 747 nm 200.000 beträgt (M–1cm–1),
und unter Vernachlässigung
der CY7-Absorption bei 280 nm. Immunoreaktivität der Antikörperproben nach Markierung
wurde entweder durch Bandenverschiebung (Neri et al. (1996b)) durch
Affinitätschromatographie
auf einer Antigensäule
oder durch BIA-core-Analyse
nachgewiesen. Die Mäuse
wurden unter Anästhesie
durch Inhalation eines Sauerstoff/Fluorothan-Gemisches mit einen
hausgemachten Mäuse-Abbildungsgeräts in regulären Zeitabständen abgebildet.
Für jede
Probe wurden zwei bis acht Tiere studiert, um die Reproduzierbarkeit
der Ergebnisse zu sichern. Die Verfahren wurden gemäß der Lizenz
des Projekts des Vereinigten Königreichs „Tumour
Targeting" durchgeführt, das
an D. Neri vergeben wurde (UK PPL 80/1056).
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Das
Infrarot-Mäuse-Abbildungsgerät wurde
als Modifikation des Photodetektionssystems von Folli et al. (1994)
hergestellt, das die Verwendung des Infrarot-Fluorophors CY7 ermöglicht.
Infrarotbeleuchtung wurde ausgewählt,
um bessere Gewebepenetration zu erreichen. Die Fluoreszenz von CY7
(>760 nm) ist für Menschen
unsicht bar und erfordert die Verwendung einer computergesteuerten
CCD-Kamera. Das Mäuse-Abbildungsgerät bestand
aus einer schwarz gefärbten,
lichtundurchlässigen
Box, die mit einer 100-W-Wolframhalogenlampe ausgerüstet war,
die mit einem 50-mm-Durchmesser-Anregungsfilter
ausgerüstet
war, der spezifisch für
CY7 entworfen wurde (Chroms Corporation, Brattleboro, Vermont, USA;
673-748 nm). Der resultierende Beleuchtungsstrahl ist in guter Annäherung über eine
Fläche
von 5 × 10
cm homogen, in der die Maus zur Abbildung platziert wurde. Fluoreszenz
wurde durch eine 8-bit-Monochrom-Pulnix-CCD-Kamera detektiert, die
mit einer C-Halterungslinse und einem 50-mm-Emissionsfilter ausgestattet
war (Chroms Corporation, Brattleboro, Vermont, USA; 765-855 nm)
und über
das ImageDOK-System angeschlossen war (Kinetic Imaging Ltd., Liverpool,
UK). Dieses System besteht aus einem Computer, der mit einem Framegrabber
und Software zum Empfang und zur Integration von aufeinander folgenden
Bildern ausgerüstet
ist. Drei aufeinander folgende Bilder, die in 50 ms erhalten wurden,
wurden jeweils typischerweise zur Mittelwertbildung verwendet, wobei
diese Zahl für
die Reihe von Bildern eines Tiers konstant gehalten wurde, um einen
direkten Vergleich von Tumor-Targeting zu verschiedenen Zeitpunkten
zu ermöglichen.
Bilder im TIFF-Format wurden dann unter Einsatz des Programms Graphics
Converter in PICT-Dateien konvertiert und unter Einsatz des Programms MacDraw
Pro mit einem Power Macintosh 7100/66-Computer ausgearbeitet.
-
Eine
schematische Skizze des Aufbaus dieses Geräts ist in 4 dargestellt.
-
Die
Versuche zeigten, dass sich beide scFvs im Tumor lokalisierten,
wenn auf makroskopischer Ebene visualisiert wurden.
-
Die
mikroskopische Demonstration des Targetings auf Neovaskulatur von
sich entwickelnden Tumoren mit den zwei Anti-EDB-scFvs erfolgte
im Detail wie folgt.
-
Nacktmäusen und/oder
SCID-Mäusen,
die entweder ein menschliches xenotransplantiertes SKMEL-28-Melanom
oder ein Maus-F9-Teratokarzinom in einer Flanke aufwiesen, wurden
entweder nichtmarkierte scFV-Fragmente mit der FLAG-Markierung oder
biotinylierte scFv-Fragmente injiziert.
-
Die
Mäuse wurden
zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Injektion getötet, es
wurden Tumor- und Nicht-Tumorschnitte erhalten, die dann nach herkömmlichen
Immunhistochemieprotokollen gefärbt
wurden, wobei entweder der Anti-FLAG-M2-Antikörper (Kodak 181) oder streptavidinbasierte
Detektionsreagenzien verwendet wurden. Optimales Targeting wird
im Allgemeinen 12 Stunden nach Injektion erzielt. Es wurde gezeigt,
dass sowohl CGS1 als auch CGS2 die Neovaskulatur sowohl des xenotransplantierten
menschlichen Tumors als auch des murinen Teratokarzinoms banden.
-
Beispiel 6 – Abzielen auf xenotransplantiertes
murines F9-Teratokarzinom bei Nacktmäusen
-
Die
Erfinder entwickelten feste Tumoren in der Flanke von Nacktmäusen durch
subkutane Injektion von 4 × 106 murinen F9-Teratokarzinomzellen. Dieser
Tumor wuchs bei Mäusen
sehr schnell, wobei in etwa einer Woche nach Injektion 1 cm Durchmesser
erreicht wird und sehr stark vaskularisiert ist. Um das Abzielen auf
die Antikörper
zu veranschaulichen, verwendeten die Erfinder eine Modifikation
des Photodetektionsverfahrens von Folli et al. (1994), die eine
kinetische Evaluierung von Tumortargeting und von Antikörper-Clearance
an demselben Tier zeigte, was zu verschiedenen Zeitpunkten veranschaulicht
wurde, wie oben im Detail beschrieben ist (siehe 4).
-
Zum
Abzielen auf den Tumor und zur Erleichterung der Detektion von Antikörpern wurden scFv(CGS-1),
scFv (CGS-2) und Anti-Lysozym-scFv(D1.3) (McCafferty et al. (1990))
mit einer Homodimerisierungsmarkierung versehen (Pack et al. (1993)),
indem die Antikörper
in den Sfi1/Not1-Stellen des Expressionsvektors pGIN50 subkloniert
wurden. Dieser Vektor ist ein Derivat von pDN268 (Neri et al. (1996b)),
in dem die His6-Sequenz der Markierung durch die folgende Sequenz
ersetzt wird: GGC LTD TLQ AFT DQL EDE KSA LQT EIA HLL KEK EKL EFI
LAA H, die einen Cysteinrest und die amphipathische Helix des Fos-Proteins
zur kovalenten Homodimerisierung von Antikörperfragmenten enthält (Abate
et al. (1990)). Es wurde keine vollstän dige kovalente Dimerisierung
erreicht: etwa 30-50% der Antikörperfragmente
bestanden aus kovalent gebundenen Dimeren.
-
Antikörperfragmente
wurden durch Affinitätschromatographie
auf Säulen
gereinigt, die durch Bindung von Hühnerei-Lysozym (D1,3) oder
7B89 (Anti-ED-B-Antikörper;
Carnemolla et al. (1996)) an CNBr-aktivierte Sepharose (Pharmacia
Biotech, Piscataway, New Jersey, USA) erreicht wurde. Überstände wurden
auf die Affinitätsträger geladen,
die dann mit PBS und mit PBS + 0,5 M NaCl gewaschen und mit 100
mM Et3N eluiert wurden. Die Antikörper wurden
dann gegen PBS dialysiert.
-
Die
Antikörper
wurden wie oben beschrieben markiert und dann in die Schwanzvene
von tumortragenden Mäusen
mit 100 μl
von 1 mg/ml scFv1-Cy71-Lösung in
PBS injiziert, als die Tumoren einen Durchmesser von etwa 1 cm erreicht
hatten.
-
Wie
in 5 dargestellt, lokalisierte sich scFv(CGS-1) für bis zu
drei Tage auf dem Tumor, obwohl es in diesem Zeitraum eine rasche
Clearance aus dem Tumor gab. Allerdings gab es auch eine gewisse
Färbung des
Femurs. Die Targeting-Leistung von CGS-1 zum Tumor wurde durch die
Einführung
einer amphipathischen Helix, die einen Cystein-Rest am C-Terminus
enthielt, dramatisch verbessert, um Antikörperdimerisierung zu fördern (Pack
et al. (1993)). Tatsächlich
schien die Lokalisierung des dimeren scFv(CGS-2)2 24
bis 72 Stunden lang nicht signifikant abzunehmen. Hingegen zeigte
eine negative Kontrolle (der dimere Antikörper scFv(D1,3)2,
Anti-Lysozym-Antikörper) eine
schnelle Clearance und keine detektierbare Lokalisierung auf dem Tumor
oder Femur.
-
ScFv(28SI)
zeigte schwaches Tumortargeting nach 6 Stunden (nicht angegeben),
es konnte jedoch keines nach 24 Stunden oder später detektiert werden (6).
Affinitätsreifung
führte
zu einem stark verbesserten Targeting, wodurch scFv(CGS-2) kleine
und große
F9-Tumoren wirksam ansteuerte, ob als Monomer (6)
oder Dimer (nicht angegeben). Nach zwei Tagen wurde festgestellt,
dass die prozentuelle injizierte Dosis von Antikörper pro Gramm Tumor etwa 2
für das
scFv(CGS-2)-Monomer und 3-4 für
das scFv(CGS-2)-Dimer war. Die durch scFv(CGS-2) an den Tumor ver abreichte
Dosis war auch für
scFv(CGS-2) (5 und 6) höher und
korrelierte mit ihren jeweiligen Affinitäten (Tabelle 1). Jedoch scheinen
sowohl scFv(28SI) als auch scFv(CGS-2) gegenüber proteolytischer Spaltung
anfällig
zu sein und zeigen hohe Leberaufnahme (6), während scFv(CGS-1)-Antikörper signifikant
stabiler waren und geringere Leberaufnahme zeigten (5).
-
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