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Dual Antigen-Restricted Complementation of a Two-Part Trispecific Antibody for Targeted Immunotherapy of Blood Cancer

Von zwei Antigenen abhängige Komplementierung eines zweiteiligen trispezifischen Antikörpers zur gezielten Immuntherapie von Blutkrebs

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-90174
  • Cancer cells frequently escape from immune surveillance by down-regulating two important components of the immune defence: antigen-presenting MHC and costimulatory molecules. Therefore several novel anti-tumour compounds that aim to assist the immune system in recognising and fighting cancer are currently under development. Recombinant bispecific antibodies represent one group of such novel therapeutics. They target two different antigens and recruit cytotoxic effector cells to tumour cells. For cancer immunotherapy, bispecific T cell-engagingCancer cells frequently escape from immune surveillance by down-regulating two important components of the immune defence: antigen-presenting MHC and costimulatory molecules. Therefore several novel anti-tumour compounds that aim to assist the immune system in recognising and fighting cancer are currently under development. Recombinant bispecific antibodies represent one group of such novel therapeutics. They target two different antigens and recruit cytotoxic effector cells to tumour cells. For cancer immunotherapy, bispecific T cell-engaging antibodies are already well characterised. These antibodies target a tumour-associated antigen and CD3ε, the constant molecule of the T cell receptor complex. On the one hand, this study presents the development of a bispecific antibody targeting CD3ε and the rhabdomyosarcoma-associated fetal acetylcholine receptor. On the other hand, it describes a novel two-part trispecific antibody format for the treatment of leukaemia and other haematological malignancies in the context of haematopoietic stem cell transplantation (HSCT). For HSCT, an HLA-identical donor is preferred, but very rarely available. In an HLA-mismatched setting, the HLA disparity could be exploited for targeted cancer treatment. In the present study, a two-part trispecific HLA-A2 × CD45 × CD3 antibody was developed for potential cases in which the patient is HLA-A2-positive, but the donor is not. This holds true for about half the cases in Germany, since HLA-A2 is the most common HLA molecule found here. Combinatorial targeting of HLA-A2 and the leucocyte-common antigen CD45 allows for highly specific dual-antigen restricted tumour targeting. More precisely, two single-chain antibody constructs were developed: i) a single-chain variable fragment (scFv) specific for HLA-A2, and ii) a scFv against CD45, both linked to the VL and the VH domain of a CD3ε-specific antibody, respectively. It turned out that, after the concomitant binding of these constructs to the same HLA-A2- and CD45-expressing cell, the unpaired variable domains of a CD3ε-specific antibody assembled to a functional scFv. In a therapeutic situation, this assembly should exclusively occur on the recipient’s blood cancer cells, leading to T cell-mediated cancer cell destruction. In this way, a relapse of disease might be prevented, and standard therapy (radiation and chemotherapy) might be omitted. For both approaches, the antibody constructs were periplasmically expressed in E. coli, purified via His tag, and biochemically characterised. Their binding to the respective targets was proven by flow cytometry. The stimulatory properties of the antibodies were assayed by measuring IL-2 release after incubation with T cells and antigen-expressing target cells. Both the bispecific antibody against rhabdomyosarcoma and the assembled trispecific antibody against blood cancer mediated T-cell activation in a concentration-dependent manner at nanomolar concentrations. For the trispecific antibody, this effect indeed proved to be dual antigen-restricted, as it could be blocked by prior incubation of either HLA-A2- or CD45-specific scFv and did not occur on single-positive (CD45+) or double-negative (HLA-A2- CD45-) target cells. Furthermore, antibodies from both approaches recruited T cells for tumour cell destruction in vitro.show moreshow less
  • Krebszellen entgehen der Immunüberwachung oftmals dadurch, dass sie zwei wichtige Komponenten der Immunabwehr, nämlich antigenpräsentierende MHC- und kostimulatorische Moleküle, herunter regeln. Zurzeit befindet sich daher eine Reihe neuartiger Anti-Krebs-Substanzen in der Entwicklung, die darauf abzielen, das Immunsystem beim Erkennen und Bekämpfen von Krebs zu unterstützen. Rekombinante bispezifische Antikörper stellen eine Gruppe solch neuartiger Therapeutika dar. Sie erkennen zwei unterschiedliche Antigene und rekrutieren gezieltKrebszellen entgehen der Immunüberwachung oftmals dadurch, dass sie zwei wichtige Komponenten der Immunabwehr, nämlich antigenpräsentierende MHC- und kostimulatorische Moleküle, herunter regeln. Zurzeit befindet sich daher eine Reihe neuartiger Anti-Krebs-Substanzen in der Entwicklung, die darauf abzielen, das Immunsystem beim Erkennen und Bekämpfen von Krebs zu unterstützen. Rekombinante bispezifische Antikörper stellen eine Gruppe solch neuartiger Therapeutika dar. Sie erkennen zwei unterschiedliche Antigene und rekrutieren gezielt zytotoxische Effektorzellen zu Tumorzellen. Zur Krebsimmuntherapie sind BiTE-Antikörper (bispecific T cell engager) bereits gut untersucht. Diese Antikörper sind gegen ein tumorassoziiertes Antigen sowie gegen CD3ε, das konstante Molekül des T Zell-Rezeptor-Komplexes, gerichtet. Diese Arbeit beschreibt zum einen die Entwicklung eines bispezifischen Antikörpers, der CD3ε und den mit Rhabdomyosarkom assoziierten fetalen Acetylcholinrezeptor erkennt. Zum anderen präsentiert sie ein neues, zweiteiliges trispezifisches Antikörperformat, das zur Behandlung von Leukämie und anderen bösartigen Erkrankungen des blutbildenden Systems im Zusammenhang mit hämatopoetischer Stammzelltransplantation (HSZT) genutzt werden könnte. Für eine HSZT wird ein HLA-identischer Spender bevorzugt. Dieser steht jedoch nur sehr selten zur Verfügung. In Fällen mit nur einer Unstimmigkeit in den HLA-Merkmalen zwischen Patient und Spender könnte diese HLA-Unstimmigkeit nun zur gezielten Krebsbehandlung ausgenutzt werden. In dieser Arbeit wurde ein trispezifisches HLA-A2 × CD45 × CD3 Antikörperkonstrukt speziell für solche Fälle entwickelt, in denen der Patient HLA-A2-positiv ist, der Spender jedoch nicht. Dies trifft in Deutschland auf ungefähr die Hälfte aller Fälle zu, da HLA-A2 hier als häufigstes HLA-Molekül vorkommt. Mit der Kombination aus HLA-A2 und dem Pan-Leukozytenmarker CD45 (leucocyte-common antigen) als Ziel, wird eine hochspezifische, von zwei Antigenen abhängige, zielgerichtete Tumoransteuerung (tumour targeting) möglich. Genauer gesagt wurden zwei Einzelketten-Antikörperkonstrukte entwickelt: i) ein HLA A2-spezifisches single-chain variable fragment (scFv) und ii) ein CD45-spezifisches scFv, jeweils verbunden mit der VL- bzw. der VH-Domäne eines CD3ε-spezifischen Antikörpers. Es stellte sich heraus, dass nach gleichzeitiger Bindung der beiden Konstrukte an dieselbe HLA-A2- und CD45-exprimierende Zelle sich die beiden einzelnen, ungepaarten variablen Domänen eines CD3ε-spezifischen Antikörpers zu einem funktionellen scFv zusammenfügen. Dieses Zusammenfügen sollte in einer therapeutischen Situation ausschließlich auf den Blutkrebszellen des Empfängers geschehen, was zur T-Zell-vermittelten Zerstörung der Krebszellen führen würde. Auf diese Weise könnte ein Rückfall der Erkrankung vermieden und eventuell sogar auf die Standardtherapie (Bestrahlung und Chemotherapie) verzichtet werden. Für die beiden beschriebenen Ansätze wurden die Antikörperkonstrukte periplasmatisch in E. coli exprimiert, über einen His-Tag aufgereinigt und biochemisch charakterisiert. Ihre Bindung an die jeweiligen Zielantigene wurde mittels Durchflusszytometrie nachgewiesen. Die stimulatorischen Eigenschaften der Antikörper wurden durch eine Messung der IL-2-Freisetzung nach Inkubation zusammen mit T-Zellen und antigenexprimierenden Zielzellen untersucht. Sowohl der gegen Rhabdomyosarkom gerichtete BiTE-Antikörper, als auch der zusammengefügte trispezifische Antikörper gegen Blutkrebs vermittelten konzentrationsabhängig eine T Zellaktivierung bei nanomolaren Konzentrationen. Für den trispezifischen Antikörper erwies sich dieser Effekt tatsächlich als abhängig von zwei Antigenen, da er durch eine vorausgehende Inkubation mit entweder einem HLA-A2- oder einem CD45-spezifischen scFv-Fragment geblockt werden konnte und nicht auf Zellen auftrat, die nur ein Antigen (CD45+) oder keins von beiden (HLA-A2- CD45-) tragen. Darüber hinaus rekrutierten die Antikörper beider Ansätze T-Zellen zur Zerstörung von Tumorzellen in vitro.show moreshow less

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Metadaten
Author: Agnes Banaszek
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-90174
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Biologie
Faculties:Medizinische Fakultät / Abteilung für Molekulare Innere Medizin (in der Medizinischen Klinik und Poliklinik II)
Fakultät für Biologie / Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Referee:Prof. Dr. Harald Wajant
Date of final exam:2013/12/18
Language:English
Year of Completion:2013
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
GND Keyword:Immuntherapie; Antikörper; Cytotoxischer Antikörper; Leukämie; Rhabdomyosarkom
Tag:bispezifische antikörper; rekombinante Antikörper
antibody engineering; bispecific antibodies; cancer immunotherapy
Release Date:2014/01/23
Licence (German):License LogoCC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitung