Radioimmunotherapy (RIT) has been used to treat malignant tumors by delivering a sufficient radiation dose to specific receptor antigens that are overexpressed in tumor cells. For the development of new radioimmunotheraputic agents, appropriate targeting antibodies and the effective radiolabeling with radioisotopes are essential.
For this purpose, we have synthesized a cystein based DTPA-NCS (cys-DTPA-NCS) that possesses five free terminal carboxylic acids and isothiocynate for easy conjugation. In this study, we demonstrate that the cys-DTPA-NCS presents excellent chelating ability for radioimmunoconjugation. $^{177}Lu$ labeled immunoconjugate using cys-DTPA-NCS was prepared under ambient conditions with a high radiolabeling yield and was radiochemically stable.
As targeting antibodies, we chose anti-vascular endothelial growth factor receptor 1 (VEGFR 1) and anti-CD105 which identifys proliferating endothelium involved in tumor angiogenesis.
We optimized the labeling of the antibody with $^{177}Lu$ by using cysteine based DTPA-NCS. Under the optimal conditions, labeling yield was greater than 99%. The stability of the $^{177}Lu$ labeled radioimmunoconjugates were investigated using combinations of radioanalytical and bioanalytical techniques (ITLC-SG, Cyclone phosphorimager, SDS-PAGE). For the biological evaluation we carried out the biodistribution studies using mice bearing Calu 6 non small lung cancer cell xenografts. The tumor-to-blood ratios of $^{177}Lu$-cys-DTPA-NCS-anti-CD105 and $^{177}Lu$-cys-DTPA-NCS-anti-VEGFR 1 were 11.16 : 1 and 3.25 : 1 24h post-injection, respectively.
The $^{177}Lu$-cys-DTPA-NCS-anti-VEGFR 1 had affinity on the surface of HUVE cells (Human Umbilical Vein Endothilial Cells) and a VEGFR 1 expressing tumor cell, T98G glioblastoma cell.
Furthermore, it accumulated at a metastatic organ in a metastatic animal model. In addition, Metastasis of B16F10 cells to the lungs was markedly suppressed under treatment of $^{177}Lu$-cys-DTPA-NCS-anti-VEGFR 1 and this was confirmed by $^{18}F$-FDG imaging using small animal PET. $^{177}Lu$-cys-DTPA-NCS-anti VEGFR 1 has a high potential for inhibition of metastasis.
In conclusion, cys-DTPA-NCS is a good bifunctional chelating agent for radioimmunoconjugation, and the prepared $^{177}Lu$ labeled anti-angiogenic antibodies should be considered for further evaluation as potential radiopharmaceuticals for RIT.
방사면역치료란 종양 표적용 항체에 치료용 방사성동위원소를 표지하여 치료에 활용함으로써 정상 조직에 미치는 영향을 최소화하고 치료 효과는 극대화하기 위해 개발되어 졌다. 방사면역치료제 개발을 위하여는 표적능이 우수한 항체의 선별 및 생리활성의 저해가 없으면서 체내에서 안정성이 유지되는 방사성동위원소 표지법이 필요하다.
방사성동위원소 $^{177}Lu$은 반감기가 6.71일이며 진단을 위한 감마에너지와 치료를 위한 베타에너지가 동시 방출됨으로써 그 감쇠 특성이 방사성핵종 치료에 매우 좋은 특성을 가지고 있다. 이에, $^{177}Lu$ 처리에 따른 암 세포 사멸효과를 측정하고 단순 괴사가 아닌 세포자멸사 유도에 의한 것임을 확인하였다.
효율적인 방사면역접합을 위한 이기능성 착화제로, 시스테인 기반 DTPA에 아민기와 선택적으로 접함이 가능한 isothiocyanate (NCS) 작용기가 말단에 포함된 cyseine based DTPA-NCS를 합성하여 사용하였다. Cys-DTPA-NCS는 $^{177}Lu$과 면역체의 표지 시 실온에서 5분간 반응으로도 높은 수율로 표지 됨을 확인하였다.
종양 표적용 항체로는 항-혈관내피세포 성장인자 수용체 1과 신생혈관에 관여하는 혈관 세포 표면에 다량 존재하는 당단백질을 표적하는 항-CD105를 선별하였다.
Cys-DTPA-NCS를 이용하여 얻어진 $^{177}Lu$ 표지된 항-혈관내피세포 성장인자 수용체 항체와 CD105를 표적하는 항체는 폐암 세포가 이식된 실험 동물을 이용하여 종양 표적능을 입증하였다. $^{177}Lu$과 표지된 항-혈관내피세포 성장인자 수용체는 인간자궁내피세포와 뇌암 세포 표면에 높은 흡착능을 보였으며, 전이 유발 동물모델을 이용한 체내 분포 변화를 관찰한 결과, 전이 유발 동물모델의 전이 예정 장기에 혈액 대비 높은 비율로 집적됨을 확인하였다. 또한, 전이 유발 동물 모델의 혈액 내 주입 시 전이가 억제 되었음을 전이성 콜로니 수와 소동물 $^{18}F-FDG PET$ 영상장비를 이용하여 입증하였다.
결론적으로, 본 연구에서는 cys-DTPA-NCS를 이용한 신생혈관을 표적하는 방사면역접합체를 개발하고, 방사면역치료제로서의 활용 가능성을 입증하였다. 이는 향후 전임상연구를 통하여 다양한 종류의 암의 치료에 적용이 가능한 표적 지향형 방사성의약품 개발로 활용이 될 것으로 기대된다.
