Биораспределение предшественника радиофармпрепарата BBN/C1-C2, нацеленного на бомбезиновые рецепторы, в модели рака предстательной железы

Е.А. Белобородов, Е.В. Юрова, Д.Р. Долгова, А.А. Ермакова, Д.Е. Сугак, А.Н. Фомин, Ю.В. Саенко

Ключевые слова: бомбезин; кноттин; таргетная терапия; пептидный токсин; бомбезиновый рецептор.

2025, том 17, номер 6, стр. 25.

DOI: https://doi.org/10.17691/stm2025.17.6.03

Полный текст статьи

html pdf

Аннотация
Список литературы
Как цитировать в References

Рецептор пептида, высвобождающего гастрин (GRPR), представляет собой рецептор, сопряженный с G-белком, который экспрессируется в центральной нервной системе, желудочно-кишечном тракте, поджелудочной железе и тканях коры надпочечников, регулируя их физиологические функции. Помимо нормальных тканей, GRPR сверхэкспрессируется во многих солидных раковых опухолях. На сегодняшний день несколько радиоактивно-меченых лигандов, нацеленных на GRPR, были введены в клинику для диагностики рака и радиолигандной терапии. Однако были выявлены высокие дозы накопления радиофармпрепаратов в нормальных органах, а также их низкая биодоступность, обусловленная стабильностью. В связи с этим для повышения терапевтической эффективности в настоящее время ведется поиск радиоантагонистов GRPR с улучшенной протеолитической стабильностью и более длительным временем удержания в опухолевых очагах с низким поглощением в нецелевых органах.

Цель исследования — изучение биораспределения молекулы BBN/C1-C2, созданной на основе бомбезина и кноттина, и динамики ее накопления в опухоли в модели in vivo.

Материалы и методы. Анализировали биораспределение Cy7.5-меченного BBN/C1-C2, созданного на основе бомбезина и кноттина U5-Sth1a, и полученного с использованием твердофазного пептидного синтеза. Исследование проводили на мышиной модели Nu/Nu с перевитой в правый бок опухолью рака предстательной железы (культура PC-3) солидного типа, экспрессирующей GRPR, с использованием поверхностного флуоресцентного имиджинга в режиме реального времени на 2-е и 5-е сутки после внутривенного введения исследуемых молекул.

Результаты. Анализ биораспределения показал избирательное связывание молекулы BBN/C1-C2 с опухолью, а также ее способность удерживаться на поверхности опухоли до 5 дней без интернализации внутрь клеток при низком накоплении в нормальных органах и тканях.

Заключение. Нам удалось получить стабильную молекулу, однако в качестве каркаса использовался токсин U5-Sth1a, тропный к ионным каналам, в результате чего у полученной молекулы сохранился домен, отвечающий за прикрепление к каналу-мишени и характерный для кноттина. Это может в будущем, при использовании молекулы в качестве лиганда для радиотерапии, негативно сказаться на сердце пациента из-за дополнительной радиационной нагрузки. В связи с этим молекула BBN/C1-C2 требует дополнительного исследования.

Jensen R.T., Battey J.F., Spindel E.R., Benya R.V. International Union of Pharmacology. LXVIII. Mammalian bombesin receptors: nomenclature, distribution, pharmacology, signaling, and functions in normal and disease states. Pharmacol Rev 2008; 60(1): 1–42, https://doi.org/10.1124/pr.107.07108.
Shimoda J. Effects of bombesin and its antibody on growth of human prostatic carcinoma cell lines. Nihon Hinyokika Gakkai Zasshi 1992; 83(9): 1459–1468, https://doi.org/10.5980/jpnjurol1989.83.1459.
D’Onofrio A., Engelbrecht S., Läppchen T., Rominger A., Gourni E. GRPR-targeting radiotheranostics for breast cancer management. Front Med (Lausanne) 2023; 10: 1250799, https://doi.org/10.3389/fmed.2023.1250799.
Liu P., Tu Y., Tao J., Liu Z., Wang F., Ma Y., Li Z., Han Z., Gu Y. GRPR-targeted SPECT imaging using a novel bombesin-based peptide for colorectal cancer detection. Biomater Sci 2020; 8(23): 6764–6772, https://doi.org/10.1039/d0bm01432j.
Kähkönen E., Jambor I., Kemppainen J., Lehtiö K., Grönroos T.J., Kuisma A., Luoto P., Sipilä H.J., Tolvanen T., Alanen K., Silén J., Kallajoki M., Roivainen A., Schäfer N., Schibli R., Dragic M., Johayem A., Valencia R., Borkowski S., Minn H. In vivo imaging of prostate cancer using [68Ga]-labeled bombesin analog BAY86-7548. Clin Cancer Res 2013; 19(19): 5434–5443, https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-12-3490.
Stoykow C., Erbes T., Maecke H.R., Bulla S., Bartholomä M., Mayer S., Drendel V., Bronsert P., Werner M., Gitsch G., Weber W.A., Stickeler E., Meyer P.T. Gastrin-releasing peptide receptor imaging in breast cancer using the receptor antagonist (68)Ga-RM2 and PET. Theranostics 2016; 6(10): 1641–1650, https://doi.org/10.7150/thno.14958.
Kurth J., Krause B.J., Schwarzenböck S.M., Bergner C., Hakenberg O.W., Heuschkel M. First-in-human dosimetry of gastrin-releasing peptide receptor antagonist [177Lu]Lu-RM2: a radiopharmaceutical for the treatment of metastatic castration-resistant prostate cancer. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2020; 47(1): 123–135, https://doi.org/10.1007/s00259-019-04504-3.
Nock B.A., Kaloudi A., Lymperis E., Giarika A., Kulkarni H.R., Klette I., Singh A., Krenning E.P., de Jong M., Maina T., Baum R.P. Theranostic perspectives in prostate cancer with the gastrin-releasing peptide receptor antagonist NeoBOMB1: preclinical and first clinical results. J Nucl Med 2017; 58(1): 75–80, https://doi.org/10.2967/jnumed.116.178889.
Linder K.E., Metcalfe E., Arunachalam T., Chen J., Eaton S.M., Feng W., Fan H., Raju N., Cagnolini A., Lantry L.E., Nunn A.D., Swenson R.E. In vitro and in vivo metabolism of Lu-AMBA, a GRP-receptor binding compound, and the synthesis and characterization of its metabolites. Bioconjug Chem 2009; 20(6): 1171–1178, https://doi.org/10.1021/bc9000189.
Lymperis E., Kaloudi A., Sallegger W., Bakker I.L., Krenning E.P., de Jong M., Maina T., Nock B.A. Radiometal-dependent biological profile of the radiolabeled gastrin-releasing peptide receptor antagonist SB3 in cancer theranostics: metabolic and biodistribution patterns defined by neprilysin. Bioconjug Chem 2018; 29(5): 1774–1784, https://doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.8b00225.
Nock B.A., Kaloudi A., Kanellopoulos P., Janota B., Bromińska B., Iżycki D., Mikołajczak R., Czepczynski R., Maina T. [99mTc]Tc-DB15 in GRPR-targeted tumor imaging with SPECT: from preclinical evaluation to the first clinical outcomes. Cancers (Basel) 2021; 13(20): 5093, https://doi.org/10.3390/cancers13205093.
Beloborodov E.A., Iurova E.V., Fomin A.N., Saenko Y.V. Development and synthesis of bombesin-based radiopharmaceutical precursors modified with knottin. Sovremennye tehnologii v medicine 2024; 16(2): 5, https://doi.org/10.17691/stm2024.16.2.01.
El-Gogary R.I., Rubio N., Wang J.T., Al-Jamal W.T., Bourgognon M., Kafa H., Naeem M., Klippstein R., Abbate V., Leroux F., Bals S., Van Tendeloo G., Kamel A.O., Awad G.A., Mortada N.D., Al-Jamal K.T. Polyethylene glycol conjugated polymeric nanocapsules for targeted delivery of quercetin to folate-expressing cancer cells in vitro and in vivo. ACS Nano 2014; 8(2): 1384–1401, https://doi.org/10.1021/nn405155b.
Wang C., Pulli B., Jalali Motlagh N., Li A., Wojtkiewicz G.R., Schmidt S.P., Wu Y., Zeller M.W.G., Chen J.W. A versatile imaging platform with fluorescence and CT imaging capabilities that detects myeloperoxidase activity and inflammation at different scales. Theranostics 2019; 9(25): 7525–7536, https://doi.org/10.7150/thno.36264.
Cuttitta F., Carney D.N., Mulshine J., Moody T.W., Fedorko J., Fischler A., Minna J.D. Bombesin-like peptides can function as autocrine growth factors in human small-cell lung cancer. Nature 1985; 316(6031): 823–826, https://doi.org/10.1038/316823a0.
Begum A.A., Moyle P.M., Toth I. Investigation of bombesin peptide as a targeting ligand for the gastrin releasing peptide (GRP) receptor. Bioorg Med Chem 2016; 24(22): 5834–5841, https://doi.org/10.1016/j.bmc.2016.09.039.
Okarvi S.M., Jammaz I.A. Preparation and evaluation of bombesin peptide derivatives as potential tumor imaging agents: effects of structure and composition of amino acid sequence on in vitro and in vivo characteristics. Nucl Med Biol 2012; 39(6): 795–804, https://doi.org/10.1016/j.nucmedbio.2012.01.002.
Maina T., Nock B.A. From bench to bed: new gastrin-releasing peptide receptor-directed radioligands and their use in prostate cancer. PET Clin 2017; 12(2): 205–217, https://doi.org/10.1016/j.cpet.2016.12.002.
Baratto L., Jadvar H., Iagaru A. Prostate cancer theranostics targeting gastrin-releasing peptide receptors. Mol Imaging Biol 2018; 20(4): 501–509, https://doi.org/10.1007/s11307-017-1151-1.
Maddalena M.E., Fox J., Chen J., Feng W., Cagnolini A., Linder K.E., Tweedle M.F., Nunn A.D., Lantry L.E. 177Lu-AMBA biodistribution, radiotherapeutic efficacy, imaging, and autoradiography in prostate cancer models with low GRP-R expression. J Nucl Med 2009; 50(12): 2017–2024, https://doi.org/10.2967/jnumed.109.064444.
Wild D., Frischknecht M., Zhang H., Morgenstern A., Bruchertseifer F., Boisclair J., Provencher-Bolliger A., Reubi J.C., Maecke H.R. Alpha- versus beta-particle radiopeptide therapy in a human prostate cancer model (213Bi-DOTA-PESIN and 213Bi-AMBA versus 177Lu-DOTA-PESIN). Cancer Res 2011; 71(3): 1009–1018, https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-10-1186.
Baum R., Prasad V., Mutloka N., Frischknecht M., Maecke H., Reubi J.C. Molecular imaging of bombesin receptors in various tumors by Ga-68 AMBA PET/CT: first results. J Nucl Med 2007; 48(Suppl 2): 79.
Bodei L., Ferrari M., Nunn A., Llull J., Cremonesi M., Martano L., Laurora G., Scardino E., Tiberini S., Bufi G., Eaton S., de Cobelli O., Paganelli G. Lu-177-AMBA bombesin analogue in hormone refractory prostate cancer patients: a phase I escalation study with single-cycle administrations. Eur J Nucl Med Mol 2007; 34 (Suppl S2): S221.
Cornelio D.B., Roesler R., Schwartsmann G. Gastrin-releasing peptide receptor as a molecular target in experimental anticancer therapy. Ann Oncol 2007; 18(9): 1457–1466, https://doi.org/10.1093/annonc/mdm058.
Kenakin T. The potential for selective pharmacological therapies through biased receptor signaling. BMC Pharmacol Toxicol 2012; 13: 3, https://doi.org/10.1186/2050-6511-13-3.
Thundimadathil J. Cancer treatment using peptides: current therapies and future prospects. J Amino Acids 2012; 2012: 967347, https://doi.org/10.1155/2012/967347.
Hoppenz P., Els-Heindl S., Beck-Sickinger A.G. Identification and stabilization of a highly selective gastrin-releasing peptide receptor agonist. J Pept Sci 2019; 25(12): e3224, https://doi.org/10.1002/psc.3224.
Valverde I.E., Bauman A., Kluba C.A., Vomstein S., Walter M.A., Mindt T.L. 1,2,3-triazoles as amide bond mimics: triazole scan yields protease-resistant peptidomimetics for tumor targeting. Angew Chem Int Ed Engl 2013; 52(34): 8957–8960, https://doi.org/10.1002/anie.201303108.
De K., Banerjee I., Sinha S., Ganguly S. Synthesis and exploration of novel radiolabeled bombesin peptides for targeting receptor positive tumor. Peptides 2017; 89: 17–34, https://doi.org/10.1016/j.peptides.2017.01.002.
Tu Y., Tao J., Wang F., Liu P., Han Z., Li Z., Ma Y., Gu Y. A novel peptide targeting gastrin releasing peptide receptor for pancreatic neoplasm detection. Biomater Sci 2020; 8(9): 2682–2693, https://doi.org/10.1039/d0bm00162g.
Iurova E., Beloborodov E., Tazintseva E., Fomin A., Shutov A., Slesarev S., Saenko Y., Saenko Y. Arthropod toxins inhibiting Ca2+ and Na+ channels prevent AC-1001 H3 peptide-induced apoptosis. J Pept Sci 2021; 27(1): e3288, https://doi.org/10.1002/psc.3288.
Аронов Д.М., Лупанов В.П. Антагонисты кальция в лечении больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Фокус на амлодипин. Русский медицинский журнал 2007; 15(4): 275–281.

Beloborodov E.A., Iurova E.V., Dolgova D.R., Ermakova A.A., Sugak D.E., Fomin A.N., Saenko Y.V. Biodistribution of the Bombesin Receptor-Targeted Radiopharmaceutical Precursor BBN/C1-C2 in a Prostate Cancer Model. Sovremennye tehnologii v medicine 2025; 17(6): 25, https://doi.org/10.17691/stm2025.17.6.03