Preparation and biological evaluation of 166Ho-DTPA-Cetuximab

Abstract

[한글]Ho의 방사성동위원소 166Ho(γ에너지: 0.081 MeV, 1.38 MeV, β-에너지: 1.78 MeV, 1.84 MeV, 반감기: 26.8 hr)은 β-의 큰 에너지를 방출하기 때문에 방사면역치료에 적합한 물리적 특성을 지니고 있으며 γ선에 의한 핵의학 영상이 가능한 장점이 있다. Cetuximab은 EGFR에 대한 키메릭 단클론 항체로서 현재 EGFR을 과발현하는 고형암 치료에 사용되고 있다. 본 연구에서는 166Ho을 먼저 bifunctional chelating agent인 DTPA와 conjugation 시킨 후 Cetuximab에 방사성 표지하여 종양형성 누드마우스에서 생체 분포 및 생체 영상을 평가함으로써 방사면역진단 및 치료제로써 이용가능성을 보고자 하였다. EGFR의 발현 정도를 평가하기 위해서 5가지 종양세포(A431, A549, SNU-C2A, U87MG, CT-26 tumor cells)에서 125I-Cetuximab을 이용해 in vitro cell binding assay를 실시하였다. A549 종양세포가 다른 나머지 세포들에 비해 높은 EGFR의 발현을 한다는 것을 확인한 후 RT-PCR을 통해 A549 세포의 EGFR의 발현을 확인하였다. Cetuximab에 다양한 몰비 (50:1, 100:1, 200:1, 300:1, 500:1, 1000:1)의 cyclic DTPA를 반응시켜 DTPA-Cetuximab을 제조하였다. Cetuximab에 결합한 DTPA의 수는 DTPA와 Cetuximab의 몰비가 1000:1일 때 88.4개로 가장 많은 수가 결합하였고 166Ho의 방사성 표지수율 또한 98.9%로 가장 높았다. 166Ho-DTPA-Cetuximab 의 면역반응성과 비방사능은 각각 60.7 ± 3.0%와 94.0 MBq/mg이었다. A549 종양이식 마우스에서 166Ho-DTPA-Cetuximab은 72시간째에 가장 높은 종양으로의 집적(9.1 ± 1.8% ID/g)을 나타냈고 144시간째에 가장 높은 종양 대 혈액비 (9.1 ± 2.9)와 종양 대 근육비 (9.1 ± 3.7)를 나타내었다. 또한 166Ho-DTPA-Cetuximab을 A549 종양 형성 누드마우스에 주사하여 24 시간 후에 gamma camera 영상에서 종양으로의 집적을 확인할 수 있었다. 이 결과들을 통해 166Ho을 방사성 표지한 높은 비방사능을 가진 DTPA-Cetuximab

이 EGFR을 과다 발현하는 종양에 대한 방사면역치료제로의 이용가능성을 확인하였다.

[영문]Holmium-166 (166Ho) has decay characteristics (γ: 0.081 MeV, 1.38 MeV for radiodetection, β-: 1.78 MeV, 1.84 MeV for radiotherapy, half-life: 26.8 hr) suitable for radioimmunotherapy (RIT) of cancer. Cetuximab, a chimeric monoclonal antibody against epidermal growth factor receptor (EGFR), is currently used to treat several solid tumors. For evaluating the feasibility of radioimmunotherapy, 166Ho-diethylene triamine pentaacetic acid (DTPA) -Cetuximab was prepared and its biological characteristics were examined in an EGFR-positive tumor model. To evaluate EGFR expression levels in five different tumor cell lines (A431, A549, SNU-C2A, U87MG, and CT-26 cells), in vitro cell binding assay was performed using 125I-Cetuximab. The EGFR expression in A549 tumor cells was confirmed by reverse transcriptase- polymerase chain reaction (RT-PCR). Cyclic DTPA anhydride was conjugated to Cetuximab with six different molar ratios of DTPA to Cetuximab (50:1, 100:1, 200:1, 300:1, 500:1 and 1000:1). The DTPA-Cetuximab conjugate prepared at the 1,000:1 ratio exhibited the highest number of bound DTPA (88.4 molecules). The 166Ho-radiolabeling yield was also the highest in the same DTPA-Cetuximab conjugate (98.9%). The immunoreactivity and specific activity of the 166Ho-DTPA-Cetuximab was 60.7 ± 3.0% and 94.0 MBq/mg, respectively. The 166Ho-DTPA-Cetuximab conjugate was stable in the presence of serum proteins (>95% for 24 hr at 37℃). In A549 xenograft mice, 166Ho-DTPA-Cetuximab showed the highest tumoral uptake (9.1 ± 1.8% ID/g) at 72 hr post injection. The conjugate also showed the highest tumor-to-blood (9.1 ± 2.9) and tumor-to-muscle ratios (9.1 ± 3.7) at 144 hr post injection, respectively. The selective localization of 166Ho-DTPA-Cetuximab in EGFR-positive A549 tumor xenografts was confirmed by gamma camera imaging at 24 hr,. These data showed that the 166Ho-labeled immunoreactive DTPA-Cetuximab conjugates with a high specific activity would be a renovated modality of radioimmunotherapeutics for EGFR-expressing tumors.