开发一种用于肿瘤中Mesothelin可视化的新型分子探针

基于PET成像技术的肿瘤关联蛋白Mesothelin的分子探针开发研究

研究背景

近年来,Mesothelin(MSLN, 中译:间皮素)成为肿瘤研究和诊疗的主要关注点之一。Mesothelin是一种高表达于多种恶性肿瘤表面的膜结合糖蛋白,主要见于卵巢癌、胰腺癌和胃肠道癌等癌症组织,而在正常成人组织中仅在一些浆膜上存在有限表达。研究表明,MSLN通过与肿瘤相关抗原CA125(癌抗原125)的结合参与了细胞黏附,这一过程被认为与卵巢癌转移至腹膜相关。这一分子还被发现与癌症的耐药性和患者预后恶化相关联。

尽管血清中MSLN可以通过酶联免疫吸附试验检测,但目前尚缺乏直接、无创的手段对肿瘤组织中的MSLN表达进行定位和可视化。现有的一些基于抗体的成像研究多存在特异性不足、肿瘤渗透差等问题。此外,已有的抗体-药物结合物或嵌合抗原受体T细胞疗法中,肿瘤微环境中可溶性MSLN的脱落也被视为影响疗效的重要因素。因此,研发具有高靶向性和灵敏度的分子探针检测肿瘤中MSLN的表达具有重要意义。

文章来源

本文由Yingfang He等多位作者完成,文章发表在European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging期刊上。这项研究由复旦大学、贵州医科大学和Zentera Therapeutics等多家研究机构合作完成,并于2025年正式刊发。文章致力于开发一种基于正电子发射断层扫描(PET, positron emission tomography)的新型分子探针,用于体内高效可视化肿瘤组织中的MSLN表达。

研究工作流程

为了开发一种高特异性、高效性的MSLN靶向分子探针,研究分为以下几个主要步骤:

1. VHH单域抗体的筛选与制备

研究人员通过对羊驼进行免疫,以MSLN中第360到597位氨基酸片段作为抗原,从中筛选出一种低分子量的单域抗体(VHH),命名为269-H4。采用表面等离子体共振技术(SPR, surface plasmon resonance)测定了其与MSLN的结合动力学,获得解离常数(Kd)为0.3 nM,显示其具有高亲和力。

2. 分子探针前体NOTA-269-H4的制备

为了辐射标记,使用螯合剂p-SCN-Bn-NOTA与269-H4进行化学结合,得到前体分子NOTA-269-H4。通过质谱分析发现,约27%的VHH分子被标记了一个NOTA螯合剂。此外,SPR检测显示,标记过程并未显著影响VHH的亲和力,NOTA-269-H4与MSLN的解离常数为1.1 nM。

3. [68Ga]Ga-NOTA-269-H4的放射性标记

利用68Ge/68Ga发生器制造68Ga放射性同位素,并通过室温条件下与NOTA-269-H4结合,成功合成放射性示踪剂[68Ga]Ga-NOTA-269-H4。薄层色谱(TLC)和高效液相色谱(HPLC)分析结果表明,其放射化学纯度(RCP)大于99%,并且在室温下存放90分钟后仍保持稳定。

4. 体内外实验性能评估

通过流式细胞术结合抗体封闭实验,研究人员验证了[68Ga]Ga-NOTA-269-H4对MSLN阳性细胞(OVCAR-8卵巢癌细胞系)具有高特异性,而对MSLN表达极低或阴性细胞(如SKOV-3)无显著结合效应。

在小鼠体内,通过微型PET/CT成像发现,[68Ga]Ga-NOTA-269-H4可高效浓集于携带OVCAR-8肿瘤的小鼠体内,对肿瘤显像非常清晰。反之,其在SKOV-3肿瘤模型小鼠中未检测到明显的放射性积聚。在患者来源的异种移植肿瘤模型(PDX)中,该探针进一步展现了较高的成像灵敏度和靶向性。此外,研究表明,探针的放射性主动排泄主要经由肾脏和膀胱。

研究结果

通过一系列实验,研究人员得出以下主要结果: - VHH单域抗体269-H4具有极高亲和力,适合作为诊断用分子探针的重要组成部分。 - 辐射标记制备的[68Ga]Ga-NOTA-269-H4显示出高纯度、稳定性以及良好的体内特性。 - 微型PET/CT实验中,该探针能够独立、无创地可视化携带MSLN阳性肿瘤的小鼠模型,呈现清晰的影像特征。

这些结果显示,尽管目前存在MSLN脱落可能带来的技术障碍,该分子探针仍有卓越的靶向能力,并成为检测肿瘤内MSLN表达的有前景工具。

研究意义与创新点

本文开创性地利用单域抗体开发了一种基于PET的分子探针,这是目前首次能够通过单域抗体片段对MSLN进行非侵入性显像的尝试。相比传统基于整分子抗体的分子探针,VHH分子能够迅速分布至肿瘤组织,且不存在因分子量过大造成的渗透受限问题。因此,本文的研究成果有望应用于肿瘤诊断及MSLN相关疗法的事前筛选和疗效监测。

此外,该探针的合成过程简单高效,PET显像性能优越,并能在短时间内捕获肿瘤组织中的相关信息。这为未来以更低成本、更高效率监测肿瘤提供了重要方法学支持。

总结

论文明确了基于单域抗体的放射性分子探针在肿瘤诊断领域的潜力和优势,填补了MSLN在肿瘤成像中的技术空白。这一研究不仅为癌症诊疗实践提供了重要工具,还为未来深入探索肿瘤微环境中的分子靶点提供了有效方法。