Design, synthesis, and evaluation of [Re]Organorhenium-labeled antibody fragments with renal enzyme-cleavable linkage for low renal radioactivity levels

腎臓における放射能滞留低減を目的とした腎酵素による開裂結合を持つ有機金属レニウムRe標識低分子化抗体の設計,合成及び評価

上原 知也*; 小池 美穂*; 中田 英夫*; 花岡 宏史*; 飯田 靖彦*; 橋本 和幸; 秋澤 宏行*; 遠藤 啓吾*; 荒野 泰*

Uehara, Tomoya*; Koike, Miho*; Nakata, Hideo*; Hanaoka, Hirofumi*; Iida, Yasuhiko*; Hashimoto, Kazuyuki; Akizawa, Hiromichi*; Endo, Keigo*; Arano, Yasushi*

抗体を標識母体とする薬剤は、その緩やかな血液クリアランスのため骨髄障害が広汎な応用を妨げる。標識母体を低分子化抗体(Fab)やペプチドに変換することで骨髄障害は解消されるが、腎臓への放射能滞留による腎障害が問題とされる。本研究では、腎臓刷子縁膜酵素の作用で標識Fabから尿排泄性の放射性代謝物を遊離する放射性レニウム標識薬剤を新規開発し、腎障害の解消を検討した。シクロペンタジエニルトリカルボニルレニウム(CpTR)をRe標識試薬の基本構造に選択し、CpTRにカルボン酸とグリシンを結合したCpTR-Glyの体内動態を検討した。その結果、CpTR-Glyは、マウス血清中で安定であること,血漿蛋白との結合が少ないことを明らかにした。また、CpTR-Glyをマウスに投与したとき、いずれの臓器にも滞留することなく、腎臓から速やかに尿中へと排泄されることを認めた。次に腎臓刷子縁膜酵素の作用でCpTR-GlyをFabから選択的に遊離するアミノ酸配列(マレイミド基)を導入した新規薬剤([Re]CpTR-GK-Fab)を設計・合成し、マウス体内放射能動態を検討した。その結果、[Re]CpTR-GK-Fabは、尿排泄性の放射性代謝物[Re]CpTR-Glyを遊離して、腎臓への放射能集積を投与早期から大きく低減することを認めた。以上より、刷子縁膜酵素を利用した標識薬剤の設計は、金属RI標識低分子化抗体の腎臓への放射能集積の低減に有用であることを明らかにした。

Renal localization of radiolabeled antibody fragments constitutes a problem in targeted imaging and radiotherapy. To estimate the applicability of the molecular design to metallic radionuclides, [Re]tricarbonyl(cyclopentadienylcarbonate)rhenium ([Re]CpTR-COOH) was conjugated with maleoyl-glycyl-lysine to prepare [Re]CpTR-GK. The cleavage of the glycyl-lysine linkage of the compound generates a glycine conjugate of [Re]CpTR-Gly. [Re]CpTR-GK was conjugated to thiolated Fab fragments to prepare [Re]CpTR-GK-Fab. The biodistribution of radioactivity after injection of [Re]CpTR-GK-Fab was compared with that of [Re]CpTR-Fab. [Re]CpTR-GK-Fab exhibited significantly lower renal radioactivity levels than did [Re]CpTR-Fab. The analysis of urine samples collected for 6 h postinjection of [Re]CpTR-GK-Fab showed that [Re]CpTR-Gly was the major radiometabolite. In tumor-bearing mice, [Re]CpTR-GK-Fab significantly reduced renal radioactivity levels without impairing the radioactivity levels in tumor. These findings indicate that the molecular design of radioparmaceuticals labeled with metallic radionuclides can be useful by using a radiometal chelate of high inertness and by designing a radiometabolite of high urinary excretion when released from antibody fragments following cleavage of a glycyl-lysine linkage. This study also indicates that a change in chemical structure of a radiolabel attached to a glycyl-lysine linkage significantly affected enzymes involved in the hydrolysis reaction.