Browsing by Author "Kontermann, Roland E. (Prof. Dr.)"

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    Improvement of pharmacokinetics of small recombinant bispecific antibody molecules
    (2009) Stork, Christoph Roland; Kontermann, Roland E. (Prof. Dr.)
    Der Fortschritt im Protein-Engineering der letzten zwei Jahrzehnte führte zur Entwicklung einer Vielzahl von kleinen rekombinanten Antikörperkonstrukten für die Tumortherapie. Die herkömmlichen therapeutisch eingesetzten Antikörper sind meist vom Typ IgG. Kleine Antikörperformate haben gegenüber diesen IgGs verbesserte Eigenschaften. Durch ihre geringe Größe verteilen sie sich schneller und gleichmäßiger in soliden Tumoren. Außerdem haben sie keinen Fc-Teil und verursachen daher auch keine Fc-vermittelten Nebenwirkungen. Zudem lassen sie sich bakteriell und damit ökonomischer herstellen. Ein Nachteil der kleinen Antikörperformate ist, dass sie nur eine kurze Zirkulationsdauer im Organismus aufweisen. Durch ihren geringen hydrodynamischen Radius werden sie schnell über die Niere ausgeschieden. Außerdem werden kleine Antikörperformate schneller abgebaut, da ihnen der Fc-Teil fehlt, über den IgGs nach der Endozytose wieder in den Blutstrom recycelt werden. Die kurze Zirkulationsdauer der kleinen Antikörperformate reduziert ihre Wirksamkeit und macht häufige Infusionen nötig. Das führt zu hohen Kosten und schränkt die Lebensqualität der Patienten ein. Die vorliegende Studie hatte das Ziel, die Pharmakokinetik eines bispezifischen single-chain Diabodys (scDb) zu verbessern, der gegen das tumorassoziierte Antigen CEA und das T-Zellrezeptormolekül CD3 gerichtet ist. Mit der Fähigkeit beide Antigene zu binden, ist der scDb in der Lage, zytotoxische T-Zellen zu CEA positiven Tumorzellen zu rekrutieren. Drei unterschiedliche Strategien zur Verbesserung der Pharmakokinetik werden in dieser Studie verglichen: N-Glykosylierung, PEGylierung und die Fusion mit einer bakteriellen albuminbindenden Domäne (ABD). N-Glykosylierung und PEGylierung haben zum Ziel, den hydrodynamischen Radius des scDb zu vergrößern und damit die renale Ausscheidung zu verringern. Die Fusion mit der ABD soll zusätzlich das FcRn vermittelte Recycling des scDb-ABD-Albumin-Komplexes ermöglichen, denn entsprechend den IgGs, wird auch Albumin nach der Endozytose über den neonatalen Fc-Rezeptor (FcRn) recycelt. Für die N-Glykosylierungsstrategie wurden drei Derivate des scDb mit 3, 6 oder 9 N-Glycosylierungsstellen (Sequons) produziert. Die N-Glycosylierungen führten zu einer mäßigen Vergrößerung des hydrodynamischen Radius. Die Verbesserung der Zirkulationszeit fiel mit einer 2- bis 3-fach vergrößerten AUC(0-24h) moderat aus. Im Gegensatz dazu führte die Konjugation des scDb mit PEG 40kDa zu einer ~ 3-fachen Vergrößerung des hydrodynamischen Radius und resultierte in einer drastisch verlängerten Zirkulationsdauer. Die längste Zirkualtionsdauer mit einer 14-fach vergrößerten AUC(0-24h) wurde für den scDb-ABD beobachtet. Durch den Vergleich seiner Halbwertszeit in Wildtyp- und in FcRn-Knockout-Mäusen konnte der Einfluss des FcRn vermittelten Recyclings auf die verlängerte Zirkulationsdauer des scDb-ABD nachgewiesen werden. Durchflusszytometrische Messungen von titriertem scDb und seiner modifizierten Derivate auf CEA+ oder CD3+ Zellen zeigten, dass die Antigenbindung des scDbCEACD3 nicht oder nur marginal durch die Modifikationen beeinflusst wurde. Allerdings ergab ein T-Zell-Aktivierungs-Assay, dass das Potential der Derivate T-Zellen zu aktivieren 3- bis 12-fach reduziert war. Im Fall des scDb-ABD zeigte sich diese Reduktion besonders in Anwesenheit von Albumin, was darauf hinweist, dass der große scDb-ABD-Albumin-Komplex sterisch die Effektorzell-Zielzell-Interaktion behindert. Der negative Einfluss der Albuminbindung auf die Bioaktivität des scDb-ABD spiegelte sich auch in Zytotoxizitäts-Assays wider. Die Analyse der Organverteilung des scDb und seiner Derivate zeigte, dass die verlängerte Zirkulationsdauer des scDb-ABD und des PEGylierten scDb zu einer verstärkten Akkumulation der Antiköperkonstrukte in CEA+ Tumoren führt. Dabei weist scDb-ABD eine ~ 2-fach höhere Tumorakkumulation als der PEGylierte scDb auf, obwohl die Serum-Halbwertszeiten der beiden Konstrukte in diesem Mausmodell ähnlich sind. Die vorliegende Studie zeigt, dass die Fusion mit der ABD ein vielversprechender Ansatz ist, um die Pharmakokinetik von kleinen rekombinanten Antikörperkonstrukten zu verbessern. Weitere Studien müssen zeigen, inwiefern die verbesserte Tumorakkumulation die antitumorale Wirksamkeit der modifizierten Antiköper in vivo verbessert.