Influence of the in vivo half-antibody exchange on the therapeutic efficacy of an IgG4 antibody-drug conjugate

A high number of therapeutic antibodies and their derivates e.g. antibody-drug conjugates (ADC) are under preclinical or clinical evaluation for the treatment of cancer. Most of those ADCs are based on the IgG1 or IgG4 subtype, depending on whether additional effector functions are desired or not. I...

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Main Author: Herbener, Peter
Contributors: Maier, Uwe G. (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2018
Biologie
Subjects:
ADC
Online Access:PDF Full Text
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Table of Contents: In den vergangen Jahren ist die Anzahl der in der präklinischen und klinischen Entwicklung befindlichen monoklonalen Antikörper und abgewandelten Derivaten, wie Antikörper-Wirkstoff-Konjugate, zur Behandlung von Krebserkrankungen rapide gestiegen. Abhängig davon, ob Antikörper-Wirkstoff-Konjugate zusätzliche Effektorfunktionen vermitteln sollen, wird häufig der IgG1 oder andernfalls der IgG4 Subtyp verwendet. Letzterer ist bekannt dafür nahezu keine antikörperabhängige zellvermittelte Zytotoxizität oder komplementabhängige Zytolyse zu vermitteln und wird daher hinsichtlich der Patentensicherheit bevorzugt. Eine weitere Besonderheit unveränderter IgG4 Antikörper ist ihre Fähigkeit einen zufälligen Halbantikörperaustausch in vivo zu vollziehen, der in der Bildung von bivalenten, bispezifischen Antikörpern resultiert. CD138 ist ein Oberflächenrezeptor, der in Zell-Zell Interaktionen, Proliferation und Migration involviert ist und in verschiedenen Krebsarten, u.a. dem Multiplem Myelom, stark überexprimiert wird. BT062 (Indatuximab Ravtansine) ist ein monoklonaler, Wildtyp IgG4-basierter anti-CD138 Antikörper, an den zytotoxische DM4 Moleküle (ein Derivat des Maytansinoids) gekoppelt sind. Aktuell wird BT062 in einer klinischen Studie zur Behandlung des Multiplen Myeloms getestet. Um die Auswirkungen des Halbantikörperaustausches auf die Funktionalität und Wirksamkeit von Antikörper-Wirkstoff-Konjugaten am Beispiel von BT062 zu untersuchen, wurden folgende Modelantiköper generiert: Ein (I) Wildtyp nBT062; ein (II) stabilisierter nBT062, der durch die Mutationen S228P und R409K nicht mehr in der Lage ist einen Halbantikörperaustauch zu vollziehen; ein (III) halber nBT062, der durch Substitution von Cystein zu Serin an Position 226 und 229 keine kovalente Dimerisierung bilden kann; und ein (IV) bispezifischer nBT062 Natalizumab Antikörper, der jeweils monovalent die Antigene CD138 und CD49d erkennt. Alle vier nBT062 Antikörper wurden in CHO-S Zellen exprimiert und durch Affinitätschromatographie mit Protein A aufgereinigt. Die analytische Charakterisierung durch elektrophoretische Methoden, Western Blot und Größenausschlusschromatographie bestätigte die Reinheit und durch die Mutationen eingefügten strukturellen Eigenschaften der Antikörper. Analysen mit NCI-H929 (CD138+/CD49d+), Ba/F3-hCD138 (CD138+/CD49d-) und Jurkat (CD138-/CD49d+) Zellen zeigten, dass alle Modelantikörper spezifisch und mit nanomolarer Affinität an CD138 binden konnten und anschließend in die Zellen internalisiert wurden. Nach erfolgreicher Konjugation mit dem zytotoxischen Agens DM4 wurde mittels in vitro Zellzytotoxizitätsversuchen gezeigt, dass alle nBT062-DM4 Varianten das Wachstum von Tumorzellen inhibieren konnten (IC50: ~80-460 pM). Der direkte Einfluss des Halbantikörperaustauschs auf die Wirksamkeit wurde in vivo in einem Xenograft-Mausmodel getestet. nBT062-Natalizumab-DM4 zeigte dabei nur ohne zusätzliche Anwesenheit von humanen IgG4 Antikörpern eine geringe Wirksamkeit. Wildtyp, stabilisierter und halber nBT062-DM4 hatten eine sehr gute antitumorale Wirkung. Allerdings wurde die Wirksamkeit des Wildtyp und halben nBT062-DM4 in einer niedrigen Dosierung durch die Anwesenheit von humanem IgG4 reduziert. In Mausplasmen konnte für diese beiden Modelantikörper der Halbantikörperaustausch nachgewiesen werden, wohingegen der stabilisierte nBT062-DM4 diesem Mechanismus nicht unterlag. Die Ergebnisse zeigen, dass sich der Einbau von Mutationen zur Unterbindung des IgG4 Halbantikörperaustausches positiv auf die antitumorale Wirksamkeit von Antikörper-Wirkstoff-Konjugaten ausübt.