Оценка функциональной пригодности радиоиммуноконъюгатов наноантител против PD-L1 и HER2/neu для тераностики опухолей

Цель исследования — оценить возможность использования радиоиммуноконъюгатов (РИК) наноантител против PD-L1 и HER2/neu для диагностики и терапии злокачественных опухолей.

Материалы и методы. Наноантитела к биомаркерам человека PD-L1 и HER2/neu конъюгировали с радионуклидами ⁶⁸Ga и ¹⁷⁷Lu с использованием хелатирующего агента DOTA. Биораспределение РИК исследовали в экспериментальных моделях на мышах F1(DBA/2xBALB/c), которым прививали генно-модифицированные клетки мышиной карциномы CT26, экспрессирующие PD-L1 или HER2/neu человека. РИК, содержащие изотоп ⁶⁸Ga и предназначенные для выявления опухолей, вводили животным внутривенно в дозе 1,0–1,2 МБк. Накопление радиоактивности в специфических опухолях, несущих биомаркеры человека, оценивали методом прямой дозиметрии через 0,5, 1,5 и 4 ч в сравнении с контрольными опухолями. Для терапии использовали РИК, содержащие ¹⁷⁷Lu, которые вводили в дозе 0,8–1,6 МБк и исследовали аналогично в течение 96 ч после введения.

Результаты. После введения мышам РИК, содержащих ⁶⁸Ga, наибольшую разницу между специфическими и контрольными опухолями наблюдали на сроке 1,5 ч. В это же время отмечалось многократное превышение радиоактивности специфической опухоли над радиоактивностью крови и мышечной ткани, что должно обеспечивать высокую контрастность визуализации. После введения мышам РИК, содержащих ¹⁷⁷Lu, радиоактивность в специфических опухолях сохранялась в течение 48 ч, что создавало длительное воздействие радиоизотопа на опухоль. При введении всех РИК происходила быстрая элиминация радиоактивности из крови через мочу, что было связано с использованием наноантител, имеющих молекулярную массу 13 кДа и не содержащих участков взаимодействия с Fc-рецепторами. Отмечено значительное накопление и длительное сохранение радиоактивности в почках. В работе была выявлена зависимость биораспределения радиоактивности от использованного изотопа: нормализованная по времени радиоактивность ряда органов и тканей, включая опухоли, после введения РИК, содержащих ⁶⁸Ga, была выше, чем после введения РИК той же специфичности, но содержащих радиоизотопы ¹⁷⁷Lu.

Заключение. Результаты исследования указывают на функциональную пригодность пар РИК наноантител с радиоизотопами ⁶⁸Ga и ¹⁷⁷Lu для тераностики злокачественных опухолей, экспрессирующих биомаркеры PD-L1 и HER2/neu.

1. Duan H., Iagaru A., Aparici C.M. Radiotheranostics — precision medicine in nuclear medicine and molecular imaging. Nanotheranostics 2022; 6(1): 103–117, https://doi.org/10.7150/ntno.64141.
2. Burkett B.J., Bartlett D.J., McGarrah P.W., Lewis A.R., Johnson D.R., Berberoğlu K., Pandey M.K., Packard A.T., Halfdanarson T.R., Hruska C.B., Johnson G.B., Kendi A.T. A review of theranostics: perspectives on emerging approaches and clinical advancements. Radiol Imaging Cancer 2023; 5(4): e220157, https://doi.org/10.1148/rycan.220157.
3. Strosberg J., El-Haddad G., Wolin E., Hendifar A., Yao J., Chasen B., Mittra E., Kunz P.L., Kulke M.H., Jacene H., Bushnell D., O'Dorisio T.M., Baum R.P., Kulkarni H.R., Caplin M., Lebtahi R., Hobday T., Delpassand E., Van Cutsem E., Benson A., Srirajaskanthan R., Pavel M., Mora J., Berlin J., Grande E., Reed N., Seregni E., Öberg K., Lopera Sierra M., Santoro P., Thevenet T., Erion J.L., Ruszniewski P., Kwekkeboom D., Krenning E; NETTER-1 Trial Investigators. Phase 3 trial of 177Lu-Dotatate for midgut neuroendocrine tumors. N Engl J Med 2017; 376(2): 125–135, https://doi.org/10.1056/NEJMoa1607427.
4. Chi K.N., Yip S.M., Bauman G., Probst S., Emmenegger U., Kollmannsberger C.K., Martineau P., Niazi T., Pouliot F., Rendon R., Hotte S.J., Laidley D.T., Saad F. 177Lu-PSMA-617 in metastatic castration-resistant prostate cancer: a review of the evidence and implications for Canadian clinical practice. Curr Oncol 2024; 31(3): 1400–1415, https://doi.org/10.3390/curroncol31030106.
5. Guleria I., Khosroshahi A., Ansari M.J., Habicht A., Azuma M., Yagita H., Noelle R.J., Coyle A., Mellor A.L., Khoury S.J., Sayegh M.H. A critical role for the programmed death ligand 1 in fetomaternal tolerance. J Exp Med 2005; 202(2): 231–237, https://doi.org/10.1084/jem.20050019.
6. Brown J.A., Dorfman D.M., Ma F.R., Sullivan E.L., Munoz O., Wood C.R., Greenfield E.A., Freeman G.J. Blockade of programmed death-1 ligands on dendritic cells enhances T cell activation and cytokine production. J Immunol 2003; 170(3): 1257–1266, https://doi.org/10.4049/jimmunol.170.3.1257.
7. Iwai Y., Ishida M., Tanaka Y., Okazaki T., Honjo T., Minato N. Involvement of PD-L1 on tumor cells in the escape from host immune system and tumor immunotherapy by PD-L1 blockade. Proc Natl Acad Sci U S A 2002; 99(19): 12293–12297, https://doi.org/10.1073/pnas.192461099.
8. Lin X., Kang K., Chen P., Zeng Z., Li G., Xiong W., Yi M., Xiang B. Regulatory mechanisms of PD-1/PD-L1 in cancers. Mol Cancer 2024; 23(1): 108, https://doi.org/10.1186/s12943-024-02023-w.
9. Dong H., Strome S.E., Salomao D.R., Tamura H., Hirano F., Flies D.B., Roche P.C., Lu J., Zhu G., Tamada K., Lennon V.A., Celis E., Chen L. Tumor-associated B7-H1 promotes T-cell apoptosis: a potential mechanism of immune evasion. Nat Med 2002; 8(8): 793–800, https://doi.org/10.1038/nm730.
10. Cheng X. A comprehensive review of HER2 in cancer biology and therapeutics. Genes (Basel) 2024; 15(7): 903, https://doi.org/10.3390/genes15070903.
11. Trenker R., Diwanji D., Bingham T., Verba K.A., Jura N. Structural dynamics of the active HER4 and HER2/HER4 complexes is finely tuned by different growth factors and glycosylation. Elife 2024; 12: RP92873, https://doi.org/10.7554/eLife.92873.
12. Dvir K., Giordano S., Leone J.P. Immunotherapy in breast cancer. Int J Mol Sci 2024; 25(14): 7517, https://doi.org/10.3390/ijms25147517.
13. Pruszynski M., Leszczuk E., Radchenko V., John K., Bruchertseifer F., Morgenstern A., D’huyvetter M., Lahoutte T. Anti-HER2 nanobody labeled with 225Ac as a potential radiopharmaceutical for TRT. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2016; 43(Suppl 1): S177.
14. Jin B.K., Odongo S., Radwanska M., Magez S. NANOBODIES®: a review of diagnostic and therapeutic applications. Int J Mol Sci 2023; 24(6): 5994, https://doi.org/10.3390/ijms24065994.
15. Manning D., Santana L.F. Regulating voltage-gated ion channels with nanobodies. Nat Commun 2022; 13(1): 7557, https://doi.org/10.1038/s41467-022-35027-5.
16. Bridoux J., Broos K., Lecocq Q., Debie P., Martin C., Ballet S., Raes G., Neyt S., Vanhove C., Breckpot K., Devoogdt N., Caveliers V., Keyaerts M., Xavier C. Anti-human PD-L1 nanobody for immuno-PET imaging: validation of a conjugation strategy for clinical translation. Biomolecules 2020; 10(10): 1388, https://doi.org/10.3390/biom10101388.
17. Zhao L., Gong J., Liao S., Huang W., Zhao J., Xing Y. Preclinical evaluation and preliminary clinical study of 68Ga-NODAGA-NM-01 for PET imaging of PD-L1 expression. Cancer Imaging 2025; 25(1): 6, https://doi.org/10.1186/s40644-025-00826-8.
18. Vosjan M.J., Perk L.R., Roovers R.C., Visser G.W., Stigter-van Walsum M., van Bergen En Henegouwen P.M., van Dongen G.A. Facile labelling of an anti-epidermal growth factor receptor Nanobody with 68Ga via a novel bifunctional desferal chelate for immuno-PET. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2011; 38(4): 753–763, https://doi.org/10.1007/s00259-010-1700-1.
19. Gao H., Wu Y., Shi J., Zhang X., Liu T., Hu B., Jia B., Wan Y., Liu Z., Wang F. Nuclear imaging-guided PD-L1 blockade therapy increases effectiveness of cancer immunotherapy. J Immunother Cancer 2020; 8(2): e001156, https://doi.org/10.1136/jitc-2020-001156.
20. D'Huyvetter M, Vincke C., Xavier C., Aerts A., Impens N., Baatout S., De Raeve H., Muyldermans S., Caveliers V., Devoogdt N., Lahoutte T. Targeted radionuclide therapy with a 177Lu-labeled anti-HER2 nanobody. Theranostics 2014; 4(7): 708–720, https://doi.org/10.7150/thno.8156.
21. Keyaerts M., Xavier C., Heemskerk J., Devoogdt N., Everaert H., Ackaert C., Vanhoeij M., Duhoux F.P., Gevaert T., Simon P., Schallier D., Fontaine C., Vaneycken I., Vanhove C., De Greve J., Lamote J., Caveliers V., Lahoutte T. Phase I study of 68Ga-HER2-nanobody for PET/CT assessment of HER2 expression in breast carcinoma. J Nucl Med 2016; 57(1): 27–33, https://doi.org/10.2967/jnumed.115.162024.
22. Gondry O., Caveliers V., Xavier C., Raes L., Vanhoeij M., Verfaillie G., Fontaine C., Glorieus K., De Grève J., Joris S., Luyten I., Zwaenepoel K., Vandenbroucke F., Waelput W., Thyparambil S., Vaneycken I., Cousaert J., Bourgeois S., Devoogdt N., Goethals L., Everaert H., De Geeter F., Lahoutte T., Keyaerts M. Phase II trial assessing the repeatability and tumor uptake of [68Ga]Ga-HER2 single-domain antibody PET/CT in patients with breast carcinoma. J Nucl Med 2024; 65(2): 178–184, https://doi.org/10.2967/jnumed.123.266254.
23. D'Huyvetter M., Vos J., Caveliers V., Vaneycken I., Heemskerk J., Duhoux F.P., Fontaine C., Vanhoeij M., Windhorst A.D., Aa F.V., Hendrikse N.H., Eersels J.L.E., Everaert H., Gykiere P., Devoogdt N., Raes G., Lahoutte T., Keyaerts M. Phase I trial of 131I-GMIB-anti-HER2-VHH1, a new promising candidate for HER2-targeted radionuclide therapy in breast cancer patients. J Nucl Med 2021; 62(8): 1097–1105, https://doi.org/10.2967/jnumed.120.255679.
24. Shetty D., Lee Y.S., Jeong J.M. (68)Ga-labeled radiopharmaceuticals for positron emission tomography. Nucl Med Mol Imaging 2010; 44(4): 233–240, https://doi.org/10.1007/s13139-010-0056-6.
25. Niu T., Fan M., Lin B., Gao F., Tan B., Du X. Current clinical application of lutetium‑177 in solid tumors (review). Exp Ther Med 2024; 27(5): 225, https://doi.org/10.3892/etm.2024.12514.
26. Avrov K.O., Shatik S.V., Zaitsev V.V., Al-Shehadat R.I., Shashkova O.A., Terekhina L.A., Malakhov I.S., Samoylovich M.P. Application of magnetic particles for fast determination of immunoreactive fraction of 68Ga-labelled VHH antibodies to PD-L1. Sovremennye tehnologii v medicine 2023; 15(3): 26–33, https://doi.org/10.17691/stm2023.15.3.03.
27. Shashkova O.A., Terekhina L.A., Malakhov I.S., Pinevich A.A., Vartanyan N.L., Avrov K.O., Krutetskaya I.Yu., Gryazeva I.V., Berlina M.A., Stolbovaya A.Yu., Smirnov I.V., Fedorenko S.V., Krylova A.A., Nadporojskii M.A., Shatik S.V., Stanzhevskii A.A., Samoilovich M.P. Cell model for testing pharmaceuticals targeting human PD-L1. Sovremennye tehnologii v medicine 2024; 16(5): 5, https://doi.org/10.17691/stm2024.16.5.01.
28. Chigoho D.M., Bridoux J., Hernot S. Reducing the renal retention of low- to moderate-molecular-weight radiopharmaceuticals. Curr Opin Chem Biol 2021; 63: 219–228, https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2021.06.008.
29. Vegt E., de Jong M., Wetzels J.F., Masereeuw R., Melis M., Oyen W.J., Gotthardt M., Boerman O.C. Renal toxicity of radiolabeled peptides and antibody fragments: mechanisms, impact on radionuclide therapy, and strategies for prevention. J Nucl Med 2010; 51(7): 1049–1058, https://doi.org/10.2967/jnumed.110.075101.
30. Allen K.J.H., Jiao R., Malo M.E., Frank C., Dadachova E. Biodistribution of a radiolabeled antibody in mice as an approach to evaluating antibody pharmacokinetics. Pharmaceutics 2018; 10(4): 262, https://doi.org/10.3390/pharmaceutics10040262.
31. Rasaneh S., Rajabi H., Babaei M.H., Johari Daha F. Synthesis and biodistribution studies of 177Lu-trastuzumab as a therapeutic agent in the breast cancer mice model. J Label Compd Radiopharm 2010; 53(9): 575–579, https://doi.org/10.1002/jlcr.1780.
32. Glatt D.M., Beckford Vera D.R., Parrott M.C., Luft J.C., Benhabbour S.R., Mumper R.J. The interplay of antigen affinity, internalization, and pharmacokinetics on CD44-positive tumor targeting of monoclonal antibodies. Mol Pharm 2016; 13(6): 1894–1903, https://doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.6b00063.
33. Vivier D., Sharma S.K., Zeglis B.M. Understanding the in vivo fate of radioimmunoconjugates for nuclear imaging. J Labelled Comp Radiopharm 2018; 61(9): 672–692, https://doi.org/10.1002/jlcr.3628.
34. Roopenian D.C., Akilesh S. FcRn: the neonatal Fc receptor comes of age. Nat Rev Immunol 2007; 7(9): 715–725, https://doi.org/10.1038/nri2155.
35. Bournazos S., Gupta A., Ravetch J.V. The role of IgG Fc receptors in antibody-dependent enhancement. Nat Rev Immunol 2020; 20(10): 633–643, https://doi.org/10.1038/s41577-020-00410-0.
36. Rodriguez C., Sarrett S.M., Sebastiano J., Delaney S., McGlone S.A., Hosny M.M., Thau S., Bournazos S., Zeglis B.M. Exploring the interplay between radioimmunoconjugates and Fcγ receptors in genetically engineered mouse models of cancer. ACS Pharmacol Transl Sci 2024; 7(11): 3452–3461, https://doi.org/10.1021/acsptsci.4c00275.
37. Fu R., Carroll L., Yahioglu G., Aboagye E.O., Miller P.W. Antibody fragment and affibody immunoPET imaging agents: radiolabelling strategies and applications. ChemMedChem 2018; 13(23): 2466–2478, https://doi.org/10.1002/cmdc.201800624.
38. Altunay B., Morgenroth A., Beheshti M., Vogg A., Wong N.C.L., Ting H.H., Biersack H.J., Stickeler E., Mottaghy F.M. HER2-directed antibodies, affibodies and nanobodies as drug-delivery vehicles in breast cancer with a specific focus on radioimmunotherapy and radioimmunoimaging. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2021; 48(5): 1371–1389, https://doi.org/10.1007/s00259-020-05094-1.
39. Long X., Cheng S., Lan X., Wei W., Jiang D. Trends in nanobody radiotheranostics. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2025; 52(6): 2225–2238, https://doi.org/10.1007/s00259-025-07077-6.
40. Molitoris B.A., Sandoval R.M., Yadav S.P.S., Wagner M.C. Albumin uptake and processing by the proximal tubule: physiological, pathological, and therapeutic implications. Physiol Rev 2022; 102(4): 1625–1667, https://doi.org/10.1152/physrev.00014.2021.
41. Bendre S., Zhang Z., Kuo H.T., Rousseau J., Zhang C., Merkens H., Roxin Á., Bénard F., Lin K.S. Evaluation of Met-Val-Lys as a renal brush border enzyme-cleavable linker to reduce kidney uptake of 68Ga-labeled DOTA-conjugated peptides and peptidomimetics. Molecules 2020; 25(17): 3854, https://doi.org/10.3390/molecules25173854.
42. Wang X., Teng F., Kong L., Yu J. PD-L1 expression in human cancers and its association with clinical outcomes. Onco Targets Ther 2016; 9: 5023–5039, https://doi.org/10.2147/OTT.S105862.
43. Zanello A., Bortolotti M., Maiello S., Bolognesi A., Polito L. Anti-PD-L1 immunoconjugates for cancer therapy: are available antibodies good carriers for toxic payload delivering? Front Pharmacol 2022; 13: 972046, https://doi.org/10.3389/fphar.2022.972046.
44. Luna-Gutiérrez M., Azorín-Vega E., Oros-Pantoja R., Ocampo-García B., Cruz-Nova P., Jiménez-Mancilla N., Bravo-Villegas G., Santos-Cuevas C., Meléndez-Alafort L., Ferro-Flores G. Lutetium-177 labeled iPD-L1 as a novel immunomodulator for cancer-targeted radiotherapy. EJNMMI Radiopharm Chem 2025; 10(1): 5, https://doi.org/10.1186/s41181-025-00328-9.
45. Elster N., Collins D.M., Toomey S., Crown J., Eustace A.J., Hennessy B.T. HER2-family signalling mechanisms, clinical implications and targeting in breast cancer. Breast Cancer Res Treat 2015; 149(1): 5–15, https://doi.org/10.1007/s10549-014-3250-x.
46. Ertveldt T., De Beck L., De Ridder K., Locy H., de Mey W., Goyvaerts C., Lecocq Q., Ceuppens H., De Vlaeminck Y., Awad R.M., Keyaerts M., Devoogdt N., D'Huyvetter M., Breckpot K., Krasniqi A. Targeted radionuclide therapy with low and high-dose lutetium-177-labeled single domain antibodies induces distinct immune signatures in a mouse melanoma model. Mol Cancer Ther 2022; 21(7): 1136–1148, https://doi.org/10.1158/1535-7163.MCT-21-0791.
47. Nilofar Danishmalik S., Lee S.H., Sin J.I. Tumor regression is mediated via the induction of HER263-71-specific CD8+ CTL activity in a 4T1.2/HER2 tumor model: no involvement of CD80 in tumor control. Oncotarget 2017; 8(16): 26771–26788, https://doi.org/10.18632/oncotarget.15816.

Avrov K.O., Shatik S.V., Shashkova O.A., Pinevich A.A., Terekhina L.A., Gryazeva I.V., Zaitsev V.V., Berlina M.A., Stanzhevsky A.A., Samoylovich M.P. Functional Suitability Evaluation of Radioimmunoconjugates of Nanobodies against PD-L1 and HER2/neu for Tumor Theranostics. Sovremennye tehnologii v medicine 2026; 18(2): 24, https://doi.org/10.17691/stm2026.18.2.03