Entwicklung und Charakterisierung bispezifischer Antikörper-Derivate zur Immuntherapie CD19-positiver Leukämien und Lymphome

Generation and Characterization of Bispecific Antibody-Derivatives for Immunotherapy of CD19-Positive Leukemias and Lymphomas

  • Bispezifische Antikörper sind attraktive Wirkstoffe für die Krebstherapie und wurden gegen verschiedene Kombinationen von Tumorantigenen und trigger Molekülen auf Effektorzellen hergestellt. Die Rekrutierung von Natürlichen Killer (NK) Zellen gegen Leukämien und Lymphome ist viel versprechend, wie ein bispezifisches single-chain fragment variable (bsscFv) gegen das Tumorantigen CD19 und das trigger Molekül CD16 (FcgRIII) zeigte. Jedoch wurden das monovalente Anvisieren der Tumorzellen und die fast identischen Gleichgewichtskonstanten (KD) für CD19 (KD = 42 nM) und CD16 (56 nM) als ungünstig für eine Tumor-spezifische Anreicherung und für die Zytotoxizität erachtet. Daher wurden neue bispezifBispezifische Antikörper sind attraktive Wirkstoffe für die Krebstherapie und wurden gegen verschiedene Kombinationen von Tumorantigenen und trigger Molekülen auf Effektorzellen hergestellt. Die Rekrutierung von Natürlichen Killer (NK) Zellen gegen Leukämien und Lymphome ist viel versprechend, wie ein bispezifisches single-chain fragment variable (bsscFv) gegen das Tumorantigen CD19 und das trigger Molekül CD16 (FcgRIII) zeigte. Jedoch wurden das monovalente Anvisieren der Tumorzellen und die fast identischen Gleichgewichtskonstanten (KD) für CD19 (KD = 42 nM) und CD16 (56 nM) als ungünstig für eine Tumor-spezifische Anreicherung und für die Zytotoxizität erachtet. Daher wurden neue bispezifische Proteine mit höherer funktionaler Affinität für CD19 entwickelt. Ein bispezifischer bibody wurde durch Fusion eines fragment antigen binding (Fab) gegen CD19 mit einem single-chain fragment variable (scFv) gegen CD16 hergestellt. Durch Erweiterung dieses Moleküls um einen CD19-gerichteten scFv wurde ein bispezifischer tribody erhalten, der nun bivalent für CD19 und monovalent für CD16 war. Der tribody besaß eine 3-fach höhere Avidität für CD19 (KD = 8 nM) als der bibody (KD = 23 nM) und eine gleich hohe Affinität für CD16 (KD = 57 nM). Sowohl der tribody als auch der bibody induzierten Antikörper-vermittelte zelluläre Zytotoxizität (ADCC) gegen Leukämie-abgeleitete Zelllinien und primäre Zellen von Tumorpatienten mit mononukleären Zellen (MNCs) als Effektoren. Der tribody wies eine halbmaximale effektive Konzentration(EC50) von 55 pM auf und vermittelte gleich starke ADCC in 6- bzw. 12-fach niedrigeren Konzentrationen als der bibody und der bsscFv. Darauf aufbauend wurde mit dem scFv triple-body (sctb) ein neues Format entwickelt, welches drei scFvs innerhalb einer Polypeptidkette in tandem verknüpfte. Die distalen scFvs waren spezifisch für CD19, der zentrale für CD16. Gegenüber dem bsscFv zeigte der sctb eine 3-fach höhere Avidität für CD19 (KD = 13 nM) und eine vergleichbare Affinität für CD16 (KD = 58 nM). Der sctb vermittelte ADCC gegen humane Tumorzelllinien und primäre maligne Zellen in 10- bis 40-fach niedrigeren Konzentrationen als der bsscFv und repräsentiert somit eine wichtige Verbesserung. Zusammenfassend führte die Konvertierung CD19- und CD16-gerichteter bispezifischer Antikörper-Derivate in bivalent-anvisierende Formate zu einer gesteigerten Zytotoxizität. Mit EC50-Werten in niedrig-picomolaren Bereichen stellen der sctb als auch der tribody attraktive Kandidaten für eine Weiterentwicklung in Richtung klinischer Studien dar.show moreshow less
  • Bispecific antibodies are attractive agents for therapy of cancer and have been generated against different combinations of tumor antigens and trigger molecules on effector cells. Redirecting Natural Killer (NK) cells against leukemias and lymphomas is promising, as demonstrated by a bispecific single-chain fragment variable (bsscFv)against the tumor antigen CD19 and the trigger molecule CD16 (FcgRIII). However, monovalent targeting and almost equal equilibrium constants (KD) for binding to CD19 (KD = 42 nM) and to CD16 (KD = 56 nM) were considered unfavorable for tumor-site specific retention and cytotoxicity. Therefore, novel bispecific proteins with increased functional affinity for CD19 Bispecific antibodies are attractive agents for therapy of cancer and have been generated against different combinations of tumor antigens and trigger molecules on effector cells. Redirecting Natural Killer (NK) cells against leukemias and lymphomas is promising, as demonstrated by a bispecific single-chain fragment variable (bsscFv)against the tumor antigen CD19 and the trigger molecule CD16 (FcgRIII). However, monovalent targeting and almost equal equilibrium constants (KD) for binding to CD19 (KD = 42 nM) and to CD16 (KD = 56 nM) were considered unfavorable for tumor-site specific retention and cytotoxicity. Therefore, novel bispecific proteins with increased functional affinity for CD19 were designed. A bispecific bibody was generated by genetically fusing a CD19-directed fragment antigen binding (Fab) with a single-chain fragment variable (scFv) specific for CD16. By extension of this molecule with a CD19-directed scFv, a bispecific tribody was obtained, now being bivalent for CD19 and monovalent for CD16. The tribody displayed 3-fold greater avidity for CD19 (KD = 8 nM) than the bibody (KD = 23 nM)and equal affinity for CD16 (KD = 57 nM). Both the tribody and the bibody induced ADCC against human leukemia-derived cell lines and primary cells from tumor patients with human mononuclear cells (MNCs) as effectors. The tribody displayed half-maximum effective concentrations (EC50) of 55 pM, and promoted equal antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC) at 6- and 12-fold lower concentrations than the bibody and the bsscFv, respectively. Based on these findings a novel format was designed, a scFv triple-body (sctb), consisting of one polypeptide chain with three scFvs connected in tandem. The two distal scFvs were specific for CD19, and the central scFv was directed against CD16. The sctb demonstrated 3-fold greater avidity for CD19 than the bsscFv (KD = 13 nM) and had equal affinity for CD16 (KD = 58 nM). The sctb induced ADCC against tumor cell lines and primary malignant cells at 10- to 40-fold lower EC50 than the bsscFv and therefore constituted a major improvement. In summary, converting CD19 and CD16 directed bispecific antibody-derivatives into bivalent targeting formats resulted in enhanced cytotoxicity. With EC50 in the low picomolar range, both the sctb and the tribody represent attractive candidates for further evaluation towards clinical studies.show moreshow less

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Metadaten
Author:Christian Kellner
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-12358
Advisor:Georg H. Fey
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2009/01/22
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Naturwissenschaftliche Fakultät
Date of final exam:2008/06/24
Release Date:2009/01/22
Tag:CD16; NK-Zellen; bispezifische Antikörper
Immunotherapy; Leukemia; Lymphoma; NK cells; bispecific Antibody
SWD-Keyword:Antigen CD19; Immuntherapie; Leukämie; Lymphom
Institutes:Naturwissenschaftliche Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:570 Biowissenschaften; Biologie

$Rev: 12793 $