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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen humanisierten Antikörper,
der spezifisch an das humane CD 18 Antigen bindet, die Herstellung
eines solchen Antikörpers
und eine pharmazeutische Zusammensetzung, die den Antikörper enthält.
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Antikörper umfassen typischerweise
zwei durch Disulfidbindungen verknüpfte schwere Ketten und zwei
leichte Ketten. Jede leichte Kette ist durch Disulfidbindungen an
eine entsprechende schwere Kette geknüpft. Jede schwere Kette hat
an einem Ende eine variable Domäne,
gefolgt von einer Reihe von konstanten Domänen. Jede leichte Kette hat
eine variable Domäne
an einem Ende und eine konstante Domäne an ihrem anderen Ende. Die
variable Domäne
der leichten Kette ist in einer Linie mit der variablen Domäne der schweren
Kette. Die konstante Domäne
der leichten Kette ist in einer Linie mit der ersten konstanten
Domäne
der schweren Kette. Die konstanten Domänen in den leichten und schweren
Ketten sind an der Bindung des Antikörpers an Antigen nicht direkt
beteiligt.
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Die variablen Domänen eines jeden Paares leichter
und schwerer Ketten bilden die Antigenbindungsstelle. Die Domänen an den
leichten und schweren Ketten besitzen die gleiche allgemeine Struktur
und jede Domäne
umfasst ein Gerüst
aus vier Regionen, deren Sequenzen relativ konserviert sind, die
durch drei komplementaritätsbestimmende
Regionen (CDRs) verbunden sind. Die vier Gerüstregionen nehmen größtenteils eine
Beta-Faltblatt Konformation an, und die CDRs bilden Schleifen, die die
Beta-Faltblatt Struktur verbinden, und in manchen Fällen einen
Teil davon bilden. Die CDRs werden in unmittelbarer Nähe zu den
Gerüstregionen
gehalten und wirken mit den CDRs der anderen Domäne an der Bildung der Antigenbindungsstelle
mit. CDRs und Gerüstregionen
von Antikörpern
können
durch Referenz zu Kabat et al ("Sequences
of proteins of immunological interest" US Dept. of Health and Human Services,
US Government Printing Office, 1987) bestimmt werden .
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Die Herstellung eines veränderten
Antikörpers,
in dem die CDRs von einer anderen Spezies als das Gerüst der variablen
Domänen
des Antikörpers
abstammen, ist in EP-A-0239400 offenbart. Die CDRs können von
einem monoklonalen Antikörper
der Ratte oder der Maus stammen. Das Gerüst der variablen Domänen und
die konstanten Domänen
des veränderten
Antikörpers
können
von einem humanen Antikörper
stammen. Solch ein humanisierter Antikörper ruft bei Verabreichung
an einen Menschen eine unwesentliche Immunantwort verglichen mit
der Immunantwort, die durch einen Menschen gegen einen Antikörper der
Ratte oder der Maus aufgebaut wird, hervor. Humanisierter CAMPATH-1
Antikörper
ist in EP-A-0328404 (Campath ist ein Warenzeichen der The Wellcome
group of companies) offenbart.
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Die Erfindung stellt in einem ihrer
Aspekte einen humanisierten Antikörper oder Fragment davon bereit,
umfassend eine variable Region der leichten Kette und eine variable
Region der schweren Kette, worin die komplementaritätsbestimmenden
Regionen (CDR1, CDR2 und CDR3) der variablen Region der leichten Kette
und die komplementaritätsbestimmenden
Regionen (CDR1, CDR2 und CDR3) der variablen Region der schweren
Kette die folgenden Aminosäure-Sequenzen
besitzen:
leichte
Kette: | CDR1
(SEQ ID NR: 4) |
| CDR2
(SEQ ID NR: 6) |
| CDR3
(SEQ ID NR: 8) |
schwere
Kette: | CDR1
(SEQ ID NR: 12) |
| CDR2
(SEQ ID NR: 14) |
| CDR3
(SEQ ID NR: 16) |
worin besagter humanisierter Antikörper oder
Fragment an humanes CD 18 Antigen spezifisch bindet.
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Die Endung stellt in einem anderen
ihrer Aspekte ein DNA-Molekül
bereit, das die Aminosäure-Sequenz
eines humanisierten Antikörpers
oder Fragments davon codiert, umfassend eine variable Region der leichten
Kette und eine variable Region der schweren Kette, worin die komplementaritätsbestimmenden
Regionen (CDR1, CDR2 und CDR3) der variablen Region der leichten
Kette und die komplementaritätsbestimmenden
Regionen (CDRl, CDR2 und CDR3) der variablen Region der schweren
Kette die folgenden Aminosäure-Sequenzen
besitzen:
leichte
Kette: | CDR1
(SEQ ID NR: 4) |
| CDR2
(SEQ ID NR: 6) |
| CDR3
(SEQ ID NR: 8) |
schwere
Kette: | CDR1
(SEQ ID NR: 12) |
| CDR2
(SEQ ID NR: 14) |
| CDR3
(SEQ ID NR: 16) |
worin besagter humanisierter Antikörper oder
Fragment an humanes CD18 Antigen spezifisch bindet.
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Weitere Aspekte der Erfindung sind
durch die folgenden Ansprüche
definiert, und die folgende Beschreibung dient lediglich zur Veranschaulichung.
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Der Antikörper besitzt vorzugsweise die
Struktur eines natürlichen
Antikörpers
oder eines Fragmentes davon. Der Antikörper kann deshalb einen vollständigen Antikörper, ein
(Fab')2 Fragment,
ein Fab Fragment, ein Dimer aus leichten Ketten oder ein Dimer aus
schwereren Ketten umfassen. Der Antikörper kann ein IgG, wie beispielsweise
IgG1, IgG2, IgG3 oder IgG4; oder IgM, IgA, IgE oder IgD sein. Die
konstante Domäne
der schweren Kette des Antikörpers
kann dementsprechend gewählt
werden. Die konstante Domäne
der leichten Kette kann eine kappa oder lambda konstante Domäne sein.
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Der Antikörper kann ein chimärer Antikörper der
in WO 86/01533 beschriebenen Art sein. Ein chimärer Antikörper gemäß WO 86/01533 umfasst eine
Antigenbindungsregion und eine nicht-Immunglobulinregion. Die Antigenbindungsregion
ist eine variable Domäne
der leichten Kette und/oder eine variable Domäne der schweren Kette des Antikörpers. Typischerweise
umfasst der chimäre
Antikörper
sowohl variable Domänen der
leichten als auch der schweren Kette. Die nicht-Immunglobulinregion
ist an den C-Terminus der Antigenbindungsregion fusioniert. Die
nicht-Immunglobulinregion
ist typischerweise ein nicht-Immunglobulinprotein und kann eine
Enzymregion, eine Region, die von einem Protein mit bekannter Bindungsspezifität, von einem Proteintoxin
oder tatsächlich
von einem beliebigen Protein, das von einem Gen exprimiert ist,
stammt, sein. Die nicht-Immunglobulinregion kann eine Kohlenhydratregion
sein. Die zwei Regionen des chimären
Antikörpers
können
durch eine spaltbare Linkersequenz verbunden sein.
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Die CDRs 1 bis 3 der leichten Kette
und die CDRs 1 bis 3 der schweren Kette von SEQ ID NOS: 3 bis 8
und beziehungsweise SEQ ID NOS: 11 bis 16 sind die CDRs des YFC51.1.1
Antikörpers
der Ratte, der ein CD18 Antikörper
ist. Die Spezifität
eines humanisierten Antikörpers
für das
humane CD18 Antigen kann durch Durchflusscytometrie, Monocytenadhäsion und/oder
durch T-Zellproliferationstests wie folgt bestimmt werden:
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Monocyten MNC)-Adhäsion
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MNC's werden mit dem Phorboldiester PDBu
(10-9 M) bei Vorhandensein und Nichtvorhandensein
von Antikörper
(20 μl)
5 Minuten behandelt. Diese Zellen werden dann zu bovinen aortalen
Endothelzellen (BAEC) Einzelzellschichten transferiert und 30 Minuten
in einer befeuchteten Atmosphäre
mit 95% Luft, 5% CO2 bei 37°C inkubiert.
Nonadhärente
Zellen werden durch dreimaliges Waschen in Phosphat-gepufferter
Saline (PBS) entfernt. Die adhärenten
Zellen werden dann in situ mit 5O μl, 0,5% Hexadecyltrimethylammoniumbromid
lysiert. 0,4 mM Wasserstoffperoxid enthaltendes Dianisidindihydrochlorid
(0,63 mM) wird zu jeder Vertiefung hinzugefügt (250 μl) und weitere 10 Minuten inkubiert.
Enzymaktivität
wird dann unter Verwendung des Vorhandenseins von Monocyten-spezifischer
Myeloperoxidase, die als Absorptionszunahme aufgezeichnet wird,
bewertet. Die optische Dichte der Proben kann bei 450 nm unter Verwendung
eines Multi-Well Plattenlesegerätes
(Anthos Series, Lab Teck Instruments) aufgezeichnet werden. Ein
Vergleich kann zwischen behandelten und unbehandelten Proben erfolgen
(Bath et al, 7. Immunol. Meth., 118, 59-65, (1989)).
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Durchflusscytometrie
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Oberflächenmarkierung von Monocyten
der Ratte, des Kaninchens, des Meerschweinchens und des Menschen
mit Antikörper
wird gemäß dem Verfahren
nach Gladwin et al., (Biochem. Biophys. Acta., 1052, 166-172 (1990})
durchgeführt.
Kurz zusammengefasst werden 1 ml Aliquots der Zensuspension (5 × 106) mit dem geeigneten Antikörper inkubiert,
monodispergiert und auf schmelzendem Eis 30 Minuten inkubiert. Die Zellen
werden zweimal in PBS gewaschen und weitere 30 Minuten mit einer
1:200 Verdünnung
von Kaninchen anit-Ratte F(ab')2 FITC Konjugat auf schmelzendem Eis inkubiert.
Die Zellen werden schließlich
dreimal in PBS gewaschen und in 0,1% Paraformaldehyd fixiert. Eine
Analyse der Obenflächenmarkierang
kann unter Verwendung eines Epics Elite Durchflusscytometers (Coulter
Cytometry, Hialhea, FL) unter Verwendung von Standardcomputer; -elektronik
und – Optik
durchgeführt
werden. Das Elite wird mit einem 15mW 488 nm Argon-Ionen-Laser (Cyonics Modell
2201, San Jose, CA) konfiguriert. Monocyten- und Lymphocytenpopulationen
werden durch Vorwärtsstreuung
und Seitwärtsstreuung
getrennt. Für
2 × 104 Monocyten werden Daten der grünen Fluoreszenz
unter Verwendung von Bit-map Gating gesammelt und auf einer dreidekadischen
logarithmischen Skala dargestellt. Die Daten der grünen Fluoreszenz
für 2 × 104 Neutrophile werden auf ähnliche Weise gesammelt. Für jede Probe
wird die mittlere Fluoreszenzintensität bei Vorhandensein des primären mAB
mit Zellen verglichen, die mit Kaninchen anti-Ratte F(ab')2 FITC Fragmenten
alleine inkubiert wurden, und der Prozentsatz an Zellmarkierung
wird bestimmt. Die Proben können
dreifach markiert werden, und wiederholte Experimente können an
drei getrennten Gegebenheiten durchgeführt werden.
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T-Zell Proliferationstest
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Humane mononukleäre Zellen werden aus von Fibrin
befreitem Blut unter Verwendung von Dichtegradiententrennung über Ficoll-Paque
präpariert.
Lymphocyten (2 × 105 Zellen) werden in jeder Vertiefung einer flachbödigen Mikrotiterplatte
mit 96 Vertiefungen (Nunclon, Roskild, Dänemark) in RPMI 1640, das mit
10% autologem Serum, 2 mM Glutamin und 100 iU Penicillin / 100 μg ml-1 Streptomycin ergänzt wurde, kultiviert. In dreifachen
Ansätzen
werden die Kulturen mit dem Medium al-leine oder mit Antigen (Tetanustoxid,
3 μg ml-1) oder Mitogen (PHA, 1 μg ml-1),
bei Vorhandensein oder Nichtvorhandensein verschiedener Konzentrationen von
monoklonalen Antikörpern
angesetzt. Die Zellen werden bei 37°C in einer befeuchteten Atmosphäre von 95%
Luft, 5% CO2 fünf Tage lang kultiviert. Die
Vertiefungen werden dann mit 1 μCi
[Methyl3H] Thymidin (2 Ci mmol-1,
Amersham) einem Puls ausgesetzt, 18 Stunden später geerntet, und die Radioaktivität durch
Flüssigszintillation
unter Verwendung eines B-Zählers
(LBK, Betaplate, Schweden) gezählt.
Die Ergebnisse sind als Mittel +/- SEM dargestellt.
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Geeigneterweise sind die CDRs eines
humanisierten Antikörpers
die obigen CDRs 1 bis 3 der leichten Kette und die obigen CDRs 1
bis 3 der schweren Kette. Die Aminosäure-Sequenzen dieser CDRs können dennoch
verändert
werden. Die Aminosäure-Sequenz
jeder CDR kann bis zu 40% durch Aminosäure-Substitutionen, -Insertionen
und/oder -Deletionen, zum Beispiel bis zu 30%, bis zu 20% oder bis
zu 10% verändert
werden.
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Jede CDR kann deshalb eine oder zwei
Aminosäure-Substitutionen,
-Insertionen und/oder -Deletionen einschließen. Es können bis zu drei Aminosäure-Substitutionen,
-Insertionen und/oder -Deletionen in CDR der leichten Kette vorhanden
sein.
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Bis zu vier Aminosäure-Substitutionen,
-Insertionen und/oder -Deletionen können in CDR1 der leichten Kette
oder CDR3 der schweren Kette vorhanden sein. Bis zu sechs Aminosäure-Substitutionen,
-Insertionen und/oder -Deletionen können in CDR2 der schweren Kette
vorhanden sein. Vorzugsweise ist die Aminosäure-Sequenz einer CDR im wesentlichen
zu der einer CDR von YFC51.1.1 homolog.
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Das Gerüst und die konstanten Domänen des
Antikörpers
sind humanes Gerüst
und humane konstante Domänen,
Vorzugsweise ist das Gerüst
der variablen Region der schweren Kette des Antikörpers zu
dem entsprechenden Gerüst
des humanen Proteins NEWM (Saul et al., J. Biol. Chem. 25, 585-597,
(1987)) im wesentlichen homolog. Homologie hinsichtlich des Gerüstes ist
im Bezug auf NEWM im Allgemeinen 80% oder mehr, zum Beispiel 90%
oder mehr oder 95% oder mehr. Eine Anzahl an Aminosäure-Substitutionen,
-Insertionen und/oder Deletionen kann vorhanden sein. In Frage kommende
Veränderungen
des Gerüstes,
die zur Wiederherstellung der Bindung vorgenommen werden können, schließen Veränderungen
der Aminosäurereste
27, 30, 48, 66, 67, 71, 91, 93, 93 und 94 ein. Die Nummerierung
der Aminosäure
erfolgt gemäß Kabat
et al..
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Das Gerüst der variablen Region der
leichten Kette des Antikörpers
ist zum Gerüst
der variablen Domäne
des Proteins REI (Epp et al., Eur. J. Biochem. 45, 513-524, (1974)) im wesentlichen
homolog. Homologie hinsichtlich des Gerüstes ist im Bezug auf REI im
Allgemeinen 80% oder mehr, zum Beispiel 90% oder mehr oder 95% oder
mehr. Eine Anzahl an Aminosäure-Substitutionen,
-Insertionen und/oder Deletionen kann vorhanden sein, zum Beispiel
bei Aminosäurerest
71 gemäß der Nummerierung
nach Kabat et al..
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Der die Erfindung verkörpernde
Antikörper
kann durch ein Verfahren hergestellt werden, das Halten eines Wirts,
der mit einem ersten Expressionsvektor, der die leichte Kette des
humanisierten Antiköpers
codiert, und mit einem zweiten Expressionsvektor, der die schwere
Kette des humanisierten Antikörpers
codiert, transformiert ist, unter Bedingungen, so dass jede Kette
exprimiert wird, und Isolieren des humanisierten Antikörpers, der
durch Zusammenfügen
der demgemäss
exprimierten Ketten gebildet ist, umfasst.
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Die ersten und zweiten Expressionsvektoren
können
der gleiche Vektor sein. Die Erfindung stellt außerdem bereit:
- – eine
DNA-Sequenz, die die leichte Kette oder die schwere Kette des humanisierten
Antikörpers
codiert;
- – einen
Expressionsvektor, der eine besagte DNA-Sequenz inkorporiert; und
- – einen
Wirt, der mit einem besagten Expressionsvektor transformiert ist.
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Jede Kette des Antikörpers kann
durch CDR Ersatz hergestellt werden. Die CDRs einer variablen Region
einer leichten oder schweren Kette eines humanen Antikörpers werden
ausreichend durch die Aminosäure-Sequenz
einer CDR des Ratte anti-Mensch CD18 Antikörpers YFC51.1.1 ersetzt, so
dass der resultierende Antikörper
fähig ist,
an das CD18 Antigen zu binden. Die CDR-codierenden Regionen der
DNA, die eine hypervariable Region einer humanen Antikörperkette
codiert, werden durch DNA ersetzt, die die erwünschten CDRs codiert. Bei Eignung
wird diese veränderte
DNA an DNA geknüpft,
die eine konstante Domäne
für die Antikörperkette
codiert. Die DNA wird in einen Expressionsvektor kloniert. Der Expressionsvektor
wird in eine kompatible Wirtszelle eingeführt, die unter Bedingungen
kultiviert wird, so dass die Antikörperkette exprimiert wird.
Komplementäre
Antikörperketten,
die auf diese Weise koexprimiert werden, können sich dann zur Bildung
des humanisierten Antikörpers
zusammenfügen.
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Die vorliegende detaillierte Beschreibung
nimmt insbesondere Bezug auf die Herstellung eines humanisierten
Anikörpers
mit CDRs, die direkt oder indirekt von dem Antikörper YFC51.1.1 der Ratte stammen. Dennoch
können
die hierin beschriebenen Techniken gleichermaßen zur Ableitung anderer humanisierter
anti-CD18 Antikörper
verwendet werden. Zum Beispiel kann ein humanisierter (eingeführte CDR)
anti-CD 18 Antikörper
bereitgestellt werden.
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Es gibt vier allgemeine Schritte
zur Humanisierung eines monoklonalen Antikörpers. Diese sind:
- (1) Bestimmung der Nucleotid- und vorhergesagten Aminosäure-Sequenz
der variablen Domänen
der leichten und schweren Kette des anfänglichen Antikörpers;
- (2) Entwurf des humanisierten Antikörpers, d.h. Entscheidung welche
Gerüstregion
des Antikörpers
während
des Humanisierungsverfahrens zu verwenden ist;
- (3) die gegenwärtigen
Humanisierungsverfahren/-techniken; und
- (4) die Transfektion und Expression des humanisierten Antikörpers.
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Schritt 1: Bestimmung
der Nucleotid- und vorhergesagten Aminosäuresequenz der variablen Domäne der leichten
und schweren Kette des Antikörpers
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Zur Humanisierung eines Antikörpers muss
nur die Aminosäure-Sequenz
der variablen Domänen
der schweren und leichten Kette des Antikörpers bekannt sein. Die Sequenz
der konstanten Domänen
ist irrelevant, da diese nicht an der Neugestaltungsstrategie teilhaben.
Das einfachste Verfahren zur Bestimmung der Aminosäure- Sequenz einer variablen
Domäne
eines Antikörpers
ist aus klonierter cDNA, die die variable Domäne der schweren und leichten
Kette codiert.
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Es gibt zwei allgemeine Verfahren
zur Klonierung von cDNAs einer variablen Domäne der schweren und leichten
Kette eines gegebenen Antikörpers:
(1) über
eine herkömmliche
cDNA Bibliothek, oder (2) über die
Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Diese beiden Verfahren sind weitreichend
bekannt. Ist die Nucleotid-Sequenz der cDNAs vorgegeben, ist es
eine Einfachheit diese Information in die vorhergesagte Aminosäure-Sequenz
der variablen Domänen
des Antikörpers
zu translatieren. Im vorliegenden Fall sind die Nucleotid-Sequenz
und vorhergesagte Aminosäure-Sequenz der leichten
und schweren Ketten des Rodentia YFC51.1.1 Antikörpers in SEQ ID NOS: 1 und
2 und SEQ 1D NOS: 9 und 10 dargestellt.
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Schritt 2: Entwurf des
humanisierten Antikörpers
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Es gibt mehrere Faktoren, die bei
der Entscheidung, welche humane Antikörper-Sequenz während der Humanisierung
zu verwenden ist, zu beachten sind. Die Humanisierung von leichten
und schweren Ketten werden als unabhängig voneinander angesehen,
aber die Argumentation ist im Grunde für beide ähnlich.
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Dieser Selektionsvorgang liegt dem
folgenden Grundprinzip zugrunde: Antigenspezifität und -affinität eines
gegebenen Antikörpers
werden hauptsächlich
durch die Aminosäure-Sequenz
der CDRs der variablen Region bestimmt. Reste des Gerüstes der
variablen Domäne
leisten einen kleinen oder keinen direkten Beitrag. Die primäre Funktion
der Gerüstregionen
ist es, die CDRs in ihrer richtigen räumlichen Orientierung zur Antigenerkennung
zu halten. Somit hat die Substitution von Rodentia-CDRs im Gerüst einer
humanen variablen Domäne
höchstwahrscheinlich eine
Beibehaltung ihrer korrekten räumlichen
Orientierung zur Folge, falls das Gerüst der humanen variablen Domäne zu der
variablen Domäne
aus Rodentia, aus der sie stammen, stark homolog ist. Deshalb sollte
eine humane variable Domäne
vorzugsweise so gewählt
sein, dass sie zu der/den variablen Domäne(n) aus Rodentia stark homolog
ist. Eine geeignete Sequenz einer variablen Domäne eines humanen Antikörpers kann
wie folgt gewählt
werden:
- 1. Unter Verwendung eines Computerprogramms
Durchsuchung aller verfügbarer
Protein- (und DNA-) Datenbanken nach solchen Sequenzen von variablen
Domänen
eines humanen Antikörpers,
die die größte Homologie
zu den variablen Domänen
des Rodentia-Antikörpers
aufweisen. Die Datenausgabe eines geeigneten Programms ist eine
Liste der Sequenzen, die die größte Homologie
zum Rodentia-Antikörper
aufweisen, der Prozentsatz an Homologie zu jeder Sequenz, und eine
Nebeneinanderstellung einer jeden Sequenz zu der Rodentia-Sequenz. Dies erfolgt
unabhängig
für die
Sequenzen der variablen Domäne
von sowohl schwerer als auch leichter Kette. Die obigen Analysen
sind einfacher zu bewerkstelligen, wenn nur humane Immunglobulin-Sequenzen
eingeschlossen sind.
- 2. Auflistung der Sequenzen der variablen Domäne des humanen
Antikörpers
und Homologievergleich. Zunächst
erfolgt der Vergleich aufgrund der Länge der CDRs, mit Ausnahme
von CDR3 der schweren Kette, die sehr variable ist. Humane schwere
Ketten und Kappa und Lambda leichte Ketten werden in Untergruppen
unterteilt; Schwere Kette 3 Untergruppen, Kappa Kette 4 Untergruppen,
Lambda Kette 6 Untergruppen. Die CDR Größen innerhalb jeder Untergruppe
sind ähnlich,
variieren aber zwischen Untergruppen. Es ist normaler weise möglich als
erste Homologieannäherung
eine CDR eines Rodentia-Antikörpers in
eine der humanen Untergruppen einzuordnen. CDRs von ähnlicher
Länge tragende
Antikörper
werden dann bezüglich
Aminosäure-Sequenzhomologie,
insbesondere innerhalb der CDRs, aber auch in den umgebenden Gerüstregionen
verglichen. Die humane variable Domäne, die die größte Homologie
aufweist, wird als das Gerüst
zur Humanisierung ausgewählt.
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Schritt 3: Die gegenwärtigen Humanisierungsverfahren/-techniken
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Ein Antikörper kann durch Einführen der
erwünschten
CDRs auf ein humanes Gerüst
gemäß EP-A-0239400
humanisiert werden. Eine DNA-Sequenz, die den erwünschten
neugestalteten Antikörper
codiert, kann deshalb ausgehend von der humanen DNA, deren CDRs
neugestaltet werden sollen, hergestellt werden. Die Aminosäure-Sequenz
der variablen Domäne
aus Rodentia, die die erwünschten
CDRs enthält, wird
mit der Sequenz der variablen Domäne des ausgewählten humanen
Antikörpers
verglichen. Die Reste in der humanen variablen Domäne, die
in den entsprechenden Rest in der Rodentia-Domäne verändert werden müssen, damit
die humane variable Region die Rodentia-CDRs inkorporiert, werden
markiert. Es gibt ebenfalls Reste, die substituiert, hinzugefügt oder
aus der humanen Sequenz deletiert werden müssen.
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Oligonucleotide werden synthetisiert,
die zur Mutagenese des Gerüstes
der humanen variablen Domäne,
damit die erwünschten
Reste enthalten sind, verwendet werden können. Solche Oligonucleotide
können
eine beliebige Größe aufweisen.
Normalerweise wird die Länge
nur durch die Fähigkeiten
des spezifischen zur Verfü gung
stehenden Synthetisierers eingeschränkt. Das Verfahren der Oligonucleotidgerichteten in
vitro Mutagenese ist wohl bekannt.
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Wahlweise kann eine Humanisierung
unter Verwendung der Verfahrens der rekombinanten Polymerase-Kettenreaktion
(PCR) aus WO 92/07075 erzielt werden. Unter Verwendung dieses Verfahrens
kann eine CDR zwischen den Gerüstregionen
eines humanen Antikörpers
gespleißt
werden.
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Im Allgemeinen kann die Technik von
WO 92/07075 unter Verwendung einer Matrize, die zwei humane Gerüstregionen,
AB und CD, und zwischen ihnen, die durch eine Donor-CDR zu ersetzende
CDR umfasst, durchgeführt
werden. Die Primer A und B werden zur Amplifikation der Gerüstregion
AB verwendet, und die Primer C und D werden zur Amplifikation der
Gerüstregion
CD verwendet. Dennoch enthalten jeweils die Primer B und C ebenfalls
an ihren 5'-Enden
eine zusätzliche
Sequenz, die der gesamten oder zumindest einem Teil der Donor CDR-Sequenz
entspricht. Die Primer B und C überlappen
innerhalb einer Länge,
welche ausreicht, um eine Anlagerung ihrer 5'-Enden aneinander unter Bedingungen
zu erlauben, die eine Durchführung einer
PCR zulassen.
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Somit können die amplifizierten Regionen
AB und CD einem Genspleißen
durch Overlap-Extension zur Herstellung des humanisierten Produktes
in einer einzigen Reaktion unterworfen werden.
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Schritt 4: Die Transfektion
und Expression des neugestalteten Antikörpers
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Im Anschluss an die Mutagenesereaktionen
zur Neugestaltung des Antikörpers
können
die mutierten DNAs an eine geeignete DNA, die eine konstante Region
der leichten oder schweren Kette codiert, gekoppelt werden, in einen
Expressionsvektor kloniert werden und in Wirtszellen, vorzugsweise
Säugerzellen,
transfiziert werden. Diese Schritte können auf übliche Weise durchgeführt werden.
Ein neugestalteter Antikörper
kann deshalb durch ein Verfahren präpariert werden, umfassend:
- (a) Herstellung eines ersten replizierbaren Expressionsvektors,
der einen geeigneten Promotor einschließt, der an eine DNA Sequenz,
die mindestens eine variable Domäne
einer Ig schweren oder leichten Kette codiert, zweckorientiert verknüpft ist,
wobei die variable Domäne
Gerüstregionen
aus einem humanen Antikörper
und die für
den humanisierten Antikörper
der Erfindung erforderlichen CDRs umfasst;
- (b) Herstellung eines zweiten replizierbaren Expressionsvektors,
der einen geeigneten Promotor einschließt, der an eine DNA Sequenz,
die wenigstens die variable Domäne
einer komplementären
Ig leichten oder beziehungsweise schweren Kette codiert, zweckorientiert
verknüpft
ist;
- (c) Transformation einer Zelllinie mit dem ersten oder beiden
präparierten
Vektoren; und
- (d) Kultivieren besagter transformierter Zelllinie zur Herstellung
von besagtem veränderten
Antikörper.
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Die DNA Sequenz in Schritt (a) codiert
vorzugsweise sowohl die variable Domäne als auch die oder eine konstante
Domäne
der Kette des humanen Antikörpers.
Der humanisierte Antikörper
kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten rekombinanten
Expressionssystems hergestellt werden. Die Zelllinie, die zur Her-Stellung des veränderten
Antikörpers
transformiert wird, kann eine Ovarzelllinie des chinesischen Hamsters
(CHO) oder eine immortalisierte Säuger-Zelllinie, die vorteilhafterweise
lymphoiden Ursprungs ist, wie beispielsweise eine Myelom-, Hybridom-, Triom-
oder Quadromzellinie sein. Die Zelllinie kann ebenfalls eine normale
lymphoide Zelle, wie beispielsweise eine B-Zelle, die durch Transformation
mit einem Virus, wie beispielsweise das Epstein-Barr Virus, immortalisiert
wurde, umfassen. Am Bevorzugtesten ist die immortalisierte Zelllinie
ein Myelomzelllinie oder eine davon abstammende.
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Die zur Expression der Antikörper gemäß der Erfindung
verwendeten CHO-Zellen
können
Dehydrofolat-Reduktase (dhfr) defzient sein, so dass Wachstum in
Abhängigkeit
von Thymidin und Hypoxanthin erfolgt (Urlaub et al., Proc. Natl.
Acad. Sci. U.S.A., 77 4216-4220 (1980)). Die parentale dhfr CHO-Zelllinie
wird mit DNA, die den Antikörper
und dhfr codiert, transfiziert, so dass eine Selektion von CHO-Zelltransformaten
mit dhfr positivem Phänotyp
möglich
ist. Selektion erfolgt durch Kultivierung der Kolonien auf Thymidin-
und Hypoxanthin-freien Medien, wobei deren Nichtvorhandensein das
Wachstum nichttransformierter Zellen und die Rettung transformierter
Zellen durch den Folatweg und somit ein Umgehen des Se-lektionssystems verhindert. Diese
Transformanten exprimieren gewöhnlicherweise
niedrige Gehalte der DNA von Interesse aufgrund von Co-Integration
von transfizierter DNA von Interesse und dhfr codierender DNA. Die
Expressionsgehalte der DNA, die den Antikörper codiert, kann durch Amplifikation
unter Verwendung von Methotrexat (MTX) gesteigert werden. Dieser
Stoff ist ein direkter Inhibitor des Enzyms dhfr und ermöglicht eine
Isolierung von resistenten Kolonien, die ihre dhfr-Gen Kopienanzahl
ausreichend amplifizieren, um unter diesen Bedingungen zu überleben.
Da die DNA Sequenzen, die dhfr und den Antikörper codieren, in den ursprünglichen
Transformanten eng gekoppelt sind, erfolgt normalerweise gleichzeitige
Amplifikation und deshalb eine gesteigerte Expression des erwünschten
Antikörpers.
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Ein weiteres bevorzugtes Expressionssystem
zur Verwendung mit CHO- oder Myelomzellen ist das in WO 87/04462
beschriebene Glutamin-Synthetase (GS)-Amplifikationssystem. Dieses System
bezieht die Transfektion einer Zelle mit DNA, die das Enzym GS codiert
und mit DNA, die den erwünschten
Antikörper
codiert, ein. Zellen, die in Glutamin-freiem Medium wachsen, werden
dann gewählt
und es wird davon ausgegangen, dass sie GS-codierende DNA integriert
enthalten. Diese gewählten
Klone werden dann einer Hemmung des Enzyms GS unter Verwendung von
Methioninsulphoximin (Msx) ausgesetzt. Die Zellen werden zum Überleben
die GS-codierende DNA bei gleichzeitiger Amplifikation der DNA,
die den Antikörper
codiert, amplifizieren.
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Obwohl die zur Herstellung des humanisierten
Antikörpers
verwendete Zelllinie vorzugsweise eine Säuger-Zelllinie ist, kann eine
andere geeignete Zelllinie, wie beispielsweise eine bakterielle
Zelllinie oder eine Hefezelllinie wahlweise verwendet werden. Insbesondere
wird es für
möglich
gehalten, dass von E. coli stammende Bakterienstämme verwendet werden könnten. Der
erhaltene Antikörper
wird bezüglich
Funktionalität untersucht.
Bei Funktionalitätsverlust
ist es notwendig zu Schritt (2) zurückzukehren und das Gerüst des Antikörpers zu
verändern.
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Nach Expression können die ganzen Antikörper, ihre
Dimere, einzelne leichte oder schwere Ketten, oder andere Immunglobulinformen
der vorliegenden Erfindung gemäß Standardverfahren
des Fachgebietes, einschließlich
Ammoniumsulfatpräzipitation,
Affinitätssäulen, Säulenchromatographie,
Gelelektrophorese und Ähnliche
(siehe, im Allgemeinen, Scopes, R., Protein Purification, Springer-Verlag,
N.Y. (1982)) gewonnen und gereinigt werden. Für pharmazeutische Verwendungen
werden im Wesentlichen reine Immunglobuline von wenigstens etwa
90 bis 95% Homo genität
bevorzugt, und am Bevorzugtesten ist die Homogenität 98 bis
99% oder mehr. Nach teilweiser oder bis zur erwünschten Homogenität erfolgten
Reinigung kann ein humanisierter Antikörper dann therapeutisch oder
zur Entwicklung und Durchführung
von Testverfahren, immunfluoreszierenden Färbungen und Ähnlichem
verwendet werden (Siehe, im Allgemeinen, Immunological Methods,
Vols. I und II, Lefkovits and Pernis, eds., Academic Press, New
York, N.Y. (1979 und 1981)).
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Die humanisierten CD18 Antikörper können zum
Beispiel zur Behandlung von Leukocyten vermittelten Zuständen verwendet
werden. Die humanisierten CD18 Antikörper finden typischerweise
Verwendung bei der Hemmung des Influx von Leukocyten in die Lungen
und anderen Organen während
Sepsis oder einem anderen infektiösen oder nichtinfektiösen Trauma.
Der humanisierte CD18 Antikörper
kann deshalb zur Hemmung des Eintretens von Leukocyten in die Lunge
und anderen Organen in Patienten mit endotoxischem Schock oder Adult-Respiratory-Distress-Syndrom
verwendet werden. Der Antikörper
kann zur Behandlung von Asthma oder Leukocyten vermitteltem Reperfusionsschaden
post thrombolytischer Therapie, zur Behandlung von Entzündung in
der Lunge und anderen Organen in Patienten mit durch Sepsis oder
einem anderen infektiösen oder
nichtinfektiösen
Trauma verursachter Entzündung,
zur Eliminierung oder Verringerung von Entzündung in einem Patienten, dem
ein anti-Infektiöses
Mittel verabreicht wird oder zur Beihilfe bei Verabreichung eines therapeutischen
Stoffes an einen Patienten während
Chemotherapie (EP-A-0346078)
verwendet werden.
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Die humanisierten Antikörper der
vorliegenden Erfindung können
ebenfalls in Kombination mit anderen Antikörpern, insbesondere humanen
monoklonalen Antikörpern,
die mit anderen Markern auf den für die Erkrankung verantwortlichen
Zellen reaktiv sind, verwendet werden. Zum Beispiel können geeignete
T-Zellmarker solche einschließen,
die den sogenannten "Clusters
of Differentiation" zugeordnet
sind, die durch den First International Leukocyte Differentiation
Workshop, Leukocyte T in , Bernard, et al., Eds., Springer-Verlag, N.Y.
(1984) benannt wurden.
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Die Antikörper können ebenfalls als getrennt
verabreichte Zusammensetzungen, die in Verbindung mit Chemotherapeutika
oder Immunsuppressiva gegeben werden, verwendet werden. Typischerweise
werden die Agenzien Cyclosporin A oder ein Purinanalog (z.B. Methotrexat,
6-Mercaptopurin oder Ähnliches)
enthalten, aber zahlreiche zusätzliche
Agenzien (z.B. Cyclophosphamid, Prednison, etc.), die einem Fachmann
bekannt sind, können
ebenfalls verwendet werden.
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Ein Antikörper der vorliegenden Erfindung
kann ein Teil eines Immunotoxins bilden. Immunotoxine sind durch
zwei Bestandteile gekennzeichnet und sind insbesondere zur Tötung ausgewählter Zellen
in vitro und in vivo nützlich.
Ein Bestandteil ist ein cytotoxisches Mittel, das gewöhnlicherweise
für eine
Zelle nach Anlagerung oder Absorption tödlich ist. Der zweite Bestandteil,
der als das "liefernde
Vehikel" bekannt
ist, stellt ein Mittel zur Lieferung des toxischen Mittels an einen
besonderen Zelltyp, wie beispielsweise Zellen, die ein Karzinom
umfassen, bereit. Die zwei Be-Standteile
sind im Allgemeinen durch eine Vielzahl an bekannten chemischen
Verfahren chemisch miteinander verbunden. Ist zum Beispiel das cytotoxische
Mittel ein Protein und der zweite Bestandteil ist ein intaktes Immunglobulin
kann die Verknüpfung
durch heterobifunktionale Grosslinker, z.B. SPDP, Carbodiimid, Glutaraldehyd
oder Ähnliche
erfolgen. Eine Herstellung von verschiedenen Immunotoxinen ist im
Fachgebiet wohlbekannt, und liegen zum Beispiel in "Monoclonal Antibody-Toxin Conjugates:
Aiming the Magic Bullet",
Thorpe et al, Monoclonal Antibodies in Clinical Medicine, Academic
Press, pp. 168-190 (1982) vor.
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Eine Vielzahl von cytotoxischen Mitteln
sind zur Verwendung in Immunotoxinen geeignet. Cytotoxische Mittel
können
Radionuclide, wie beispielsweise Iod-131, Yttrium-90, Rhenium-188 und Bismuth-212;
eine Anzahl von Chemotherapeutika, wie beispielsweise Vindesin,
Methothrexat, Adriamycin und Cisplatin; und cytotoxische Proteine,
wie beispielweise ribosomal hemmende Proteine wie Pokeweed antivirales
Protein, Pseudomonas Exotoxin A, Ricin, Diphtherietoxin, Ricin A
Kette, etc., oder ein an der Zelloberfläche aktives Agens, wie beispielsweise
die Phospholipase-Enzyme (z.B., Phospholipase C) einschließen. Siehe
im Allgemeinen "Chimeric
Toxins," Olsnes
und Phil, Pharmac. Ther., 25, 335-381 (1982), und "Monoclonal Antibodies
for Cancer Detection and Therapy," eds. Baldwin und Byers, pp. 159-179,
224-266, Academic Press (1985).
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Der liefernde Bestandteil des Immunotoxins
ist ein humanisierter Antikörper
gemäß der vorliegenden Erfindung.
Intakte Immunglobuline oder ihre bindenden Fragmente, wie beispielsweise
Fab, werden vorzugsweise verwendet. Typischerweise besitzen die
Antikörper
in den Immunotoxinen den humanen IgA, IgM oder IgG Isotyp, aber
andere konstante Regionen des Säugers
können,
wenn erwünscht,
verwendet werden.
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Die Erfindung stellt außerdem eine
pharmazeutische Zusammensetzung bereit, umfassend einen pharmazeutisch
verträglichen
Träger
oder Verdünnungsmittel
und als Wirkstoff, einen humanisierten Antikörper oder Fragment gemäß der Erfindung.
Die Zusammensetzung kann ein Immunotoxin und den humanisierten Antikörper umfassen,
Immunotoxin und pharmazeutische Zusammensetzungen davon sind ins besondere zur
parenteralen Verabreichung, d.h. subkutan, intramuskulär oder intravenös nützlich.
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Die Zusammensetzungen zur parenteralen
Verabreichung werden im Allgemeinen eine Lösung des Antikörpers oder
einen Cocktail davon, der in einem geeigneten Träger, vorzugsweise einem wässrigen
Träger gelöst ist,
umfassen. Eine Vielzahl wässriger
Träger
können
verwendet werden, z.B. Wasser, gepuffertes Wasser, 0,4% Saline,
0,3% Glycin und Ähnliches.
Diese Lösungen
sind steril und im Allgemeinen frei von partikulärer Materie. Diese Zusammensetzungen
können
durch herkömmliche,
wohlbekannte Sterilisationsverfahren sterilisiert werden. Die Zusammensetzungen
können
pharmazeutisch verträgliche
Hilfsmittel enthalten, die zur Annäherung an physiologische Bedingungen,
wie beispielsweise pH Regulierung und Puffermittel, Toxizität regulierende
Mittel und Ähnliche,
zum Beispiel Natriumacetat, Natrium-Chlorid, Kaliumchlorid, Calciumchlorid, Natriumlactat,
etc. erforderlich sind. Die Antikörperkonzentration in diesen
Formulierungen kann weitreichend variieren, zum Beispiel von weniger
als etwa 0,5%, gewöhnlich
bei oder mindestens etwa 1%, bis zu 15 oder 20% nach Gewicht, und
wird primär
basierend auf Flüssigkeitsvolumina,
Viskositäten,
etc. in Übereinstimmung mit
der besonderen gewählten
Verabreichungsweise gewählt.
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Somit könnte eine typische pharmazeutische
Zusammensetzung zur intramuskulären
Injektion, die 1 ml steril gepuffertes Wasser und 50 mg Antikörper enthält, hergestellt
werden. Eine typische Zusammensetzung zur intravenösen Infusion
könnte
250 ml sterile Ringer Lösung
und 150 mg Antikörper
enthalten. Gegenwärtige
Verfahren zur Herstellung von parental verabreichbaren Zusammensetzungen
sind einen Fachmann bekannt oder zugänglich und sind detaillierter
beschrieben in, zum Beispiel Remington's Pharmaceutical Science, 15th ed.,
Mack Publishing Company, Easton, Pennsylvania (1980}.
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Die Antikörper dieser Erfindung können zur
Lagerung lyophilisiert und in einem geeigneten Träger vor Verwendung
rekonstituiert werden. Diese Technik erwies sich bei herkömmlichen
Immunglobulinen als wirksam. Jede geeignete Lyophilisations- und
Rekonstitutionstechnik kann angewandt werden. Für einen Fachmann versteht es
sich, dass Lyophilisation und Rekonstitution zu variierenden Ausmaßen an Aktivitätsverlust des
Antikörpers
führen
kann (z.B. mit herkömmlichen
Immunglobulinen, IgM Antikörper
neigen zu einem größeren Aktivitätsverlust
als IgG Antikörper)
und dass die Anwendungsgehalte zum Ausgleich eingestellt werden müssen.
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Die Zusammensetzungen enthaltend
die human-ähnlichen
Antikörper
oder ein Cocktail davon können für prophylaktische
und/oder therapeutische Behandlungen verabreicht werden. Bei therapeutischer
Applikation werden die Zusammensetzungen an einen Patienten, der
bereits unter einer Erkrankung leidet, in einer Menge, die zur Heilung
oder wenigstens teilweise zum Stillstand oder Linderung der Erkrankung
und ihrer Komplikationen ausreicht, verabreicht. Eine Menge, die
ausreicht, um dies zu erzielen, wird als eine "therapeutisch wirksame Dosis" bezeichnet. Für diese
Verwendung wirksame Mengen hängen
von der Schwere der Infektion und dem allgemeinen Zustand des eigenen
Immunsystems des Patienten ab, reichen aber im Allgemeinen von etwa
1 bis etwa 200 mg Antikörper
pro Dosis, wobei Dosierungen von 5 bis 25 mg pro Patient im Allgemeinen
häufiger
verwendet werden. Es ist zu beachten, dass die Materialien der Erfindung
im Allgemeinen in ernsten Erkrankungsstadien, die lebensbedrohlich
sind, oder in potentiell lebensbedrohlichen Situationen angewandt
werden können.
In solchen Fällen
ist es möglich
und scheint vom behandelten Arzt hinsichtlich der Minimierung von äußeren Substanzen
und der verringerten Wahrscheinlichkeit von Abstoßungen von "Fremdsubstanz", die durch die human-ähnlichen
Antikörper
dieser Erfindung erzielt wird, erwünscht zu sein, einen wesentlichen Überschuss
dieser Antikörper
zu verabreichen.
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In prophylaktischen Applikationen
werden Zusammensetzungen enthaltend die vorliegenden Antikörper oder
einen Cocktail davon, an einen Patienten, der nicht bereits im Erkrankungsstadium
ist, zur Steigerung des Widerstandes des Patienten verabreicht.
Solch eine Menge wird als eine "prophylaktisch
wirksame Dosis" bezeichnet.
In dieser Verwendung werden die präzisen Mengen wiederum vom Gesundheitszustand
des Patienten und allgemeinen Immunitätszustand abhängen, reichen
aber im allgemeinen von 0,1 bis 25 mg pro Dosis, spezifisch von
0,5 bis 2,5 mg pro Patient. Eine bevorzugte prophylaktische Verwendung
ist zur Prävention von
Nierentransplantatsabstoßung.
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Einzelne und mehrfache Verabreichungen
der Zusammensetzungen können
mit Dosisgehalten und -mustern, die von dem behandelnden Arzt gewählt werden,
durchgeführt
werden. Auf jeden Fall sollten die pharmazeutischen Formulierungen
eine Menge der/des Antikörpers)
dieser Erfindung bereitstellen, die zur wirksamen Behandlung des
Patienten ausreicht.
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Human-ähnliche Antikörper der
vorliegenden Erfindung können
außerdem
eine weitreichende Vielzahl an Verwendungen in vitro haben. Beispielsweise
können
die exemplarischen Antikörper
zur T-Zelltypisierung, zur Isolierung spezifischer CD 18 Antigen
oder Fragmente des Rezeptors tragender Zellen, zur Impfstoffherstellung
oder Ähnliches
verwendet werden.
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Für
diagnostische Zwecke können
die Antikörper
entweder markiert oder unmarkiert sein. Unmarkierte Antikörper können in
Kombination mit anderen markierten Antikörpern (sekundäre Antikörper), die
mit dem humanisierten Antikörper
reaktiv sind, wie beispielsweise für konstante Regionen des humanen
Immunglobulins spezifische Antikörper,
verwendet werden. Wahlweise können
die Antikörper
direkt markiert sein. Eine weitreichende Vielzahl von Markierungen
kann angewandt werden, wie beispielsweise Radionuclide, Fluore,
Enzyme, Enzymsubstrate, Enzymcofaktoren, Enzyminhibitoren, Liganden
(insbesondere Haptene), etc. Zahlreiche Arten von Immunassays sind
erhältlich
und sind einem Fachmann bekannt.
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Kits können ebenfalls zur Verwendung
mit den vorliegenden Antikörpern
zum Schutz gegen oder Detektion von einer zellulären Aktivität oder bezüglich des Vorhandenseins eines
gewählten
Antigens bereit gestellt werden. Somit kann ein humanisierter Antikörper der
vorliegenden Endung gewöhnlich
in einer lyophilisierten Form in einem Behälter, entweder alleine oder
in Verbindung mit zusätzlichen
Antikörpern,
die für
den erwünschten
Zelltyp spezifisch sind, bereitgestellt werden. Die Antikörper, die
an eine Markierung oder Toxin konjugiert oder unkonjugiert sein
können,
sind in den Kits mit Puffern, wie beispielsweise Tris, Phosphat,
Carbonat, etc., Stabilisatoren, Bioziden, inerten Proteinen, z.B.
Serumalbumin oder Ähnlichen
eingeschlossen. Im Allgemeinen werden diese Materialien in weniger
als etwa 5% wt. basierend auf der Menge an aktivem Antikörper vorliegen
und gewöhnlich
in einer Gesamtmenge von wenigstens etwa 0,001% wt. wiederum basierend auf
der Antikörperkonzentration
vorhanden sein. Häufig
wird es erwünscht
sein, zur Verdünnung
der Wirkstoffe ein inertes Streckmittel oder Arzneimittelträger einzuschließen, wobei
der Arzneimittelträger
in von etwa 1 bis 99% wt. der Gesamtzusammensetzung vorhan den sein
kann. Wird ein zweiter Antikörper,
der fähig
ist, an den chimären
Antikörper
zu binden, in einem Assay angewandt, wird dieser gewöhnlicherweise
in einem getrennten Vial vorhanden sein. Der zweite Antikörper ist
typischerweise mit einer Markierung konjugiert und auf eine analoge
Weise zu den oben beschriebenen Antikörperformulierungen formuliert.
Das Kit wird im Allgemeinen ebenfalls Gebrauchsanweisungen beinhalten.
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Das folgende Beispiel veranschaulicht
die Erfindung.
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BEISPIEL
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Klonierung und Sequenzierung der
YFC51.1.1 Ratte anti-Mensch-CD18 schweren und leichten Ketten Gesamt
RNA wurde aus 2,5 × 107 YFC51.1.1 exprimierenden Zellen in Anlehnung
an das Verfahren nach Chomczynski und Sacchi (Anal. Biochem., 162,
156-159, (1987))
unter Verwendung von 1 ml Extraktionslösung pro 1 × 107 Zellen
isoliert. Das resultierende RNA Pellet wurde in 50 μl Diethyipyrocarbonat
(DEPC)-behandeltem destillierten Wasser gelöst, und die Konzentration wurde
spektrophotometrisch bei 4 μg/ml
bestimmt. Dynabeads Oligo (dT)25 (Dynal)
wurden zur Extraktion von mRNA aus 75 μl Gesamt-RNA unter Verwendung
der Anweisungen des Herstellers verwendet.
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cDNA wurde aus der isolierten mRNA
synthetisiert und in das Plasmid pSPLAGE-1 unter Verwendung des
SUPERSCRIPT Plasmid System for cDNA Synthesis and Plasmid Cloning
Kits (BRL) in Anlehnung an das vom Hersteller empfohlene Verfahren
kloniert. Escherichia coli MAX EFFIqCIENCY DHSa Competent Cells (BRL)
wurden mit der resultierenden cDNA/pSPLAGE-1 Ligation transformiert.
Annähernd
5000 Kolonien wurden auf Hybond-N Nylonfilter (Amersham) übertragen
und in Anlehnung an das Verfahren nach Buluwela et al (Nucleic Acids
Res., 17, 452, (1989)) lysiert, denaturiert und fixiert. Die Filter
wurden mit Proteinase K (50 μg/ml)
in 0,2 × SSC,
0,1% SDS bei 55°C
30 min behandelt, und die überschüssigen Zellbruchstücke wurden dann
mit einem Tuch entfernt.
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(i) Schwere Kette
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Ein wie in SEQ ID NR: 17 dargestelltes
Oligonucleotid, das zu einem Teil der gamma-CH1 konstanten Region
der Ratte (Basen 496-515) komplementär ist, wurde endmarkiert und
zum Durchsuchen der Filter hinsichtlich YFC51.1.1 schwere Kette
in Anlehnung an die Standardprotokolle verwendet. Annähernd 50
potentiell positive Kolonien wurden detektiert und 20 wurden zur
weiteren Analyse ausgewählt.
Plasmid DNA wurde unter Verwendung des Verfahrens nach Del Sal et
al (Nucleic Acid Res., 16, 9878, (1988)) präpariert und 12 der 20 enthielten
Inserts der erwarteten Größe für cDNA der
Immunglobulin schweren Kette der Ratte. Ein Klon, p51H.6, wurde
gewählt,
und die variable Region wurde in beide Richtungen durch Plasmid-Priming
in Anlehnung an das Dideoxy-Kettenabbruch-Verfahren (Sanger et al,
(Proc. Natl.
-
Acad. Sci., USA, 74, 5463-5467, (1977))
gemäß dem Sequenase
Kit (USB) Protokoll sequenziert. Die Sequenz der variablen Region
ist in SEQ ID NR: 9 und 10 dargestellt.
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(ii) Leichte Kette
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sEin Klon der leichten Kette des
Myeloms der Ratte Y3-Ag 1.2.3 (Crowe et a1, Nucleic Acid Res., 17, 7992,
(1989)) wurde mit Digoxigenin-11-dUTP unter Verwendung des Nonradioactive
DNA Labelling and Detection Kit (Boehringer Mannheim) markiert und
zum Durchsuchen der Filter nach der YFC51.1.1 leichten Kette in
Anlehnung an das Protokoll des Herstellers verwendet. Annähernd 40
potentiell positive Kolonien wurden detektiert, und 24 wurden zur
weiteren Analyse ausgewählt.
Plasmid DNA wurde wie oben beschrieben präpariert. Sowohl Y3-Ag 1.2.3
und YFC51.1.1 leichte Ketten wurden isoliert (wobei die Y3 Zelllinie
Hybridomfusionspartner ist), waren aber durch den Besitz verschiedener
Restriktionsmuster unterscheidbar. Ein Klon, p51L.4, der die YFC51.1.1
leichte Kette enthält,
wurde gewählt
und wie oben bei der schweren Kette beschrieben, sequenziert. Die
Sequenzen der variablen Region ist in SEQ ID NOS: 1 und 2 dargestellt.
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Entwurf des humanisierten
Antikörpers
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Unter Verwendung des oben in Schritt
(2) beschriebenen Selektionsverfahrens wurden die Gerüste der
humanen variablen Domäne
der NEWM schweren Kette und REI leichten Kette (Kabat et al, 1987)
für den Humanisierungsprozess
ausgewählt.
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Konstruktion der Gene der humanisierten
leichten und schweren Kette Die humanisierten schweren und leichten
Ketten wurden in Anlehnung an das Verfahren nach Lewis und Crowe
(Gene, 101, 297-302, (1991)) konstruiert.
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(i) Leichte Kette
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Oligonucleotid-Primer der leichten
Kette:
AL: SEQ ID NR: 18:
BL: SEQ ID NR: 19:
CL:
SEQ ID NR: 20:
DL: SEQ ID NR: 21:
EL: SEQ ID NR: 22:
FL:
SEQ ID NR: 23:
GL: SEQ ID NR: 24:
HL: SEQ ID NR: 25:
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PCR Reaktionen (Saiki et al., Science
239, 487-491, (1988)) wurden in einem programmierbaren Heizblock
(Hybaid) unter Verwendung von 20 Runden eines Temperaturzyklus (94°C l min,
50°C 2 min
und 72°C 3
min) gefolgt von einem letzten Schritt von 10 min bei 72°C durchgeführt. 1 μg eines jedes
Primers, eine spezifische Menge Matrize und 2,5 Einheiten Taq Polymerase
(Perkin Elmer Cetus) wurden in einem Endvolumen von 100 μl mit dem
Reaktionspuffer wie vom Hersteller empfohlen verwendet.
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Die anfängliche Matrize für die PCR
war CAMPATH-1H leichte Kette (humanisiertes CAMPATH-1 auf RE1 Gerüst; Page
und Sydenham, Biotechnology, 9, 64-68, (1991)). Vier anfängliche
PCR Reaktionen wurden mit 10 μg
Matrize pro Reaktion unter Verwendung der Primerpaare AL mit
BL, CL mit DL, EL mit FL und beziehungsweise GL mit
HL durchgeführt. Die Produkte dieser PCR
Reaktionen, die Fragmente ABL, CDL, EFL und beziehungsweise
GHL wurden unter Verwendung von Prep-A-Gene
(Bio-Rad} in Anlehnung an das vom Hersteller empfohlene Protokoll
gereinigt. Die Fragmente ABL mit CDL und EFL mit GHL wurden unter Verwendung eines Viertels
eines jeden gereinigten Produktes vereint, und rekombinanten PCR
Reaktionen mit den Primern AL plus DL, und
beziehungsweise EL plus HL unterworfen.
Die Produkte dieser Reaktionen, die Fragmente ADL und
EHL wurden wie oben gereinigt, und je ein
Viertel wurde unter Verwendung der Primer AL und
HL in einer rekombinanten PCR-Reaktion vereint.
Das letzte rekombinante PCR-Produkt der humanisierten leichten Kette,
AHL, wurde in die HindIII Stelle von pUC-18
(BRL) in Anlehnung an das Verfahren nach Crowe et al., Nucleic Acids
Res., 19, 184, (1991) unter Verwendung der HindllI Stellen in den
Primern AL und HL kloniert.
Die Plasmidisolate wurden durch das Dideoxy-Kettenabbruchverfahren
sequenziert und die Klone mit der korrekten Sequenz wurden ausgewählt.
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(ii) Schwere Kette
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Oligonucleotid-Primer der schweren
Kette:
AH: SEQ ID NR: 26:
BH: SEQ ID NR: 27:
CH:
SEQ ID NR: 28:
DH: SEQ ID NR: 29:
EH: SEQ ID NR: 30:
FH:
SEQ ID NR: 31:
GH: SEQ ID NR: 32:
HH: SEQ ID NR: 33:
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Die anfängliche Matrize für die PCR
war CAMPATH-1H schwere Kette. Die Rodentia-CDR's wurden in die Matrize in Anlehnung
an das rekombinante PCR Verfahren, wie oben beschrieben, jedoch
unter Verwendung der Oligonucleotid-Primer AH bis
HH eingeführt. Die letzte PCR, d.h. die
Fragmente ADH und EHH mit
den Primern AH und HH,
lieferte keine große
Ausbeute des Produktes, so dass ein Fragment AFH erzeugt
wurde (aus den Fragmenten ADH und EFH) und mit dem Fragment EHH in
einer PCR mit den Primern AH und HH verwendet wurde. Die Oligonucleotide AH und HH wurden mit
HindIII und beziehungsweise EcoRI Stellen entworfen, um eine anfängliche
Klonierung der humanisierten variablen Region zu ermöglichen,
und eine SpeI Stelle wurde in die NEWM Gerüst 4 (FR4) -region von Oligonucleotid
GH zur Vereinfachung von nachfolgender Klonierung
der variablen Region mit einer geeigneten konstanten Region nach
Wahl eingeführt.
Die SpeI Stelle wurde gewählt,
um den Leucin-Rest an Position 109 (Nummerierung gemäß Kabat
et al., 1987) der Matrize der humanisierten schweren Kette nicht
zu verändern.
Vier der sechs J-Minigene
der schweren Kette besitzen ein Leucin an dieser Position (Kabat
et al., 1987). Somit sollte die Verwendung der konstruierten SpeI
Stelle allgemein anwendbar sein.
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Das rekombinante PCR-Produkt der
variablen Region der humanisierten schweren Kette wurde in mit HindIII/EcoRI
geschnittenen pUC-18 (BRL) kloniert, und Plasmidisolate mit der
korrekten Sequenz wurden ausgewählt.
Die FR4 und γ1
konstanten Regionen von CAMPATH-1H schwere Kette wurden in pUC-18
(BRL) unter Verwendung der Oligonucleotid-Primer XH (SEQ
ID NR: 34) und YH (SEQ ID NR: 35) durch
PCR kloniert. Primer XH enthält SpeI
und HindIII Stellen und YH eine EcoRI Stelle.
Die HindIII und EcoRI Stellen wurden zur Klonierung des PCR Pro duktes
in pUC-18 verwendet, und Plasmidisolate der korrekten Sequenz wurden
gewählt.
Die vollständige
schwere Kette wurde nachfolgend aus den Klonen der humanisierten
variablen Region und γ1
konstanten Region unter Verwendung der konstruierten Spe1 Stelle
rekonstituiert.
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Transiente Expression
in COS-Zellen
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Die humanisierten schweren und leichten
Ketten codierende DNA wurde in die Vektoren pEE6.hCMV und beziehungsweise
pEE12 kloniert, siehe Stephens & Cockett,
Nucleic Acids Res., 17, 7110 (1989); Bebbington et al., Biotechnology,
10, 169 (1992), und Bebbington und Hentschel in Glover ed., DNA
Cloning Volume III, Academic Press (1987). Der Vektor pEE12 ist
ein auf pBR322 basierender Vektor, der den h-CMV-MEI Promotor und
die Hamster Glutamin-Synthetase (GS) cDNA unter Kontrolle des Promotors
der SV40 frühen Region
enthält.
Der Vektor pEE12 entspricht pEE6 (siehe EP-A-0338841), wobei die
durch den SV40 Promotor gesteuerte GS cDNA Expressionskassette in
die gleiche Richtung wie der h-CMV-MEI Promotor transkribiert. Mit
den Vektoren pEE6, hCMV und pEE12 transfizierte Zellen haben aufgrund
des Vorhandenseins der GS cDNA die Fähigkeit in Glutaminfreiem Medium
zu wachsen. Da die Selektion nur auf dem pEE12 Plasmid ist, beruht
eine wirksame Expression auf der Co-Integration von beiden Plasmiden.
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Die rekombinanten Plasmide (jeweils
5 μg} wurden
in 5 × 105 COS-1 Zellen unter Verwendung des Transfectam
Reagenz (Promega, Southampton, U.K.) unter den vom Hersteller empfohlenen
Bedingungen transfiziert. COS-1 Ausgangszellen (Herkunft ECACC,
Porton Down, U.K.) wurden in DMEM Medium (Flow, Irvine, U.K.), das
mit 10% fötalem
Kälberserum
(APP, Dudley, U.K.) ergänzt
wurde, gehalten.
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Transfektionen der COS-Zellen erfolgten
in DMEM Medium (Flow, Irvine, U.K.). Wachstumsmedien aus COS-1 Zellen
vier Tage nach Transfektion wurden durch einen Sandwich-ELISA Test
unter Verwendung von flexiblen Mikrotiterplatten (Falcon, Becton-Dickinson,
Plymouth, U.K.), die mit polyklonalem anti-Mensch IgG (Sigma, Poole,
U.K.) als Fangantikörper
beschichtet waren, untersucht. Die Testprobe wurde zugegeben und
Detektion erfolgte mit einem anti-Mensch IgG γ Kettenspezifischen Peroxidase-Konjugat
(Seralab, Crawlet, Down, U.K.) und Orthophenylendimin-HCl (Sigma,
Poole U.K.) als Substrat.
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Unter Verwendung des eingesetzten
COS-Zellüberstandes
zur Oberflächenmarkierung
von MF-14 Zellen (ein T-Zell Klon) mittels FACS-Analyse gemäß dem Verfahren
nach Gladwin et al., Biochem. Biophys. Acta, 1052, 166-172 (1990)
zeigte sich, dass der humanisierte Antikörper in COS-Zellen transient
exprimiert wird. Kurz zusammengefasst wurden 100 μl Aliquots
einer Zellsuspension (105) mit dem geeigneten
Antikörper (eingesetzter
COS-Zellüberstand)
inkubiert und auf schmelzendem Eis 30 Minuten inkubiert. Die Zellen
wurden zweimal in PBS gewaschen und weiter 30 Minuten mit dem geeigneten
Sekundärantikörper inkubiert
(siehe unten). Die Zellen wurden wiederum gewaschen und 1:50 Verdünnungen
von anti-Ratte Ig-FITC oder anti-Mensch Ig-FITC Konjugate wurde
auf schmelzendem Eis hinzugegeben. Schließlich wurden die Zellen dreimal
in PBS gewaschen und in 0,1% Paraformaldehyd fixiert. Analyse der
Oberflächenmarkierung
erfolgte unter Verwendung eines Becton-Dickenson FACScan unter Verwendung
von Standardcomputer, -elektronik und -Optik.
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Es wurde gezeigt, dass der humanisierte
Antikörper
im COS-Zellüberstand
sowohl an MF-14 Zellen bindet, als auch die Bindung des YFC51.1.1
monoklonalen Antikörpers
der Ratte hemmt. Da durch Blockierung der Bindung des monoklonalen
Antikörpers
der Ratte gezeigt wurde, dass der humanisierte Antikörper eine
Bindung an CD18 beibehielt, wurden stabile NSO Transfektanten erzeugt.
-
Stabile Expression in
NSO Zellen
-
Ein einzelner Expressionsvektor zur
Erzeugung stabiler Transfektanten von NSO Zellen wurde durch Klonieren
der vollständigen
Expressionskassette der schweren Kette aus pEE6 in die BamH1 Stelle
des pEE12 – leichte
Kette Plasmids erzeugt. Somit werden sowohl schwere als auch leichte
Kette codierende Sequenzen in der gleichen Richtung aus dem gleichen
Vektor transkribiert. 40 μg
Plasmid zur Transfektion wurde durch Verdau mit Sal1 Restriktionsenzym,
das eine Erkennungssequenz innerhalb der bakteriellen Plasmidsequenz
hat, linearisiert. Die linearisierte DNA wurde unter Verwendung
von Ethanol aus der Lösung
präzipitiert, in
70% Ethanol gewaschen, getrocknet und in sterilem Wasser resuspendiert.
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Exponentiell wachsende NSO-Zellen
(eine Myelomzelllinie des Menschen; siehe Jarvis, Methods in Enzymology,
73B, 3 (1981); Herkunft ECACC, Porton Down, U.K.) wurden in nichtselektivem
DMEM Medium (d.h. ohne Glutamin und Eisennitrat, aber mit Natriumpyruvat
bei 110 mg/λ(GIBCOBRL,
Paisley, U.K.)), das mit 1X nichtessentiellen Aminosäuren (Flow,
Irvine, U.K.), 2 mM Glutamin (GIBCO) und 10% fötalem Kälbersserum (APP, Dudley, U.K.)
ergänzt
wurde, gehalten. NSO-Zellen wurden zentrifugiert, gewaschen und
in kaltem PBS resuspendiert, so dass nach Zugabe der DNA die Zellen
bei einer Konzentration von 107 Zellen /ml vorliegen
würden.
Die linearisierte Plasmid-DNA, 40 μg, wurde zu 107 Zellen
in einer Elektroporationsküvette auf
Eis zugegeben. Die Zellen und DNA wurden sanft vermischt, um Blasenbildung
zu vermeiden, und die Mischung wurde 5 Minuten auf Eis aufbewahrt.
Das Äußere der
Küvette
wurde trocken gewischt und zwei aufeinanderfolgende Pulse wurden
bei 1500 V, 3 inF unter Verwendung eines Gene Pulser (Bio-Rad) gegeben.
Die Küvette
wurde für
5 Minuten zurück
auf Eis überführt. Transfizierte
Zellen wurden auf Platten mit 96 Vertiefungen mit einer Dichte von
3 × 105, 7,5 × 104 und 1,5 × 104 Zellen
/ml in 50 μl
nichtselektivem Medium transferiert und bei 37°C 24 Stunden inkubiert. Nachfolgend
wurde 100 μl
selektives DMEM Medium (d.h. ohne Glutamin und Eisennitrat, jedoch
mit Natriumpyruvat bei 100 mg/l(GIBCOBRL, Paisley, U.K.)), das mit
Glutamat (60 mg/ml), Asparagin (60 mg/ml; Sigma, Poo1e, U.K.), 1X
nichtessentiellen Aminosäuren,
7 mg/l Adenosin, Cytidin, Guanosin und Uridin, 2,4 mg/l Thymidin
(Sigma, Poole, U.K.) und 10% dialysiertem fötalen Kälberserum (APP, Duddley U.K.)
ergänzt
wurde, zu gewählten
Klonen, die das transfizierte Plasmid integriert enthielten, zugegeben.
Die Platten wurden in den Inkubator zurückgeführt und dort bis zum Erfolgen
von wesentlichem Zelltod und Erscheinen von diskreten überlebenden
Kolonien gelassen. Sobald Kolonien von Glutamin-abhängigen Transfektanten
ersichtlich waren, wurden Vertiefungen mit einzelnen Kolonien gewählt und
die eingesetzten Kulturüberstände wurden
gesammelt und hinsichtlich der Sekretion von humanem IgG untersucht.
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Vertiefungen mit einzelnen Kolonien,
die hinsichtlich IgG Sekretion positiv waren, wurden in Kultur unter
Verwendung von selektivem Medium vermehrt. Die Zellen wurden in
Platten mit 96 Vertiefungen mit 104 Zellen/Vertiefung
in 100 μl
Medium verteilt und über
Nacht inkubiert. 100 μl
des selektiven Mediums, das eine Konzentration von L-Methioninsulphoximin
(MSX) enthielt, wurde zugefügt.
MSX ist ein toxisches Glutamin-Analog, das Selektion hinsichtlich
Vektoramplifikation erlaubt. Jede Platte mit 96 Vertiefungen hatte
eine unterschiedliche MSX Endkonzentration, die von 200 μM bis hin
zu 12,5 μM
reichte. Individuelle Kolonien wurden aus jeder unabhängigen Transfektante
bei der höchsten
MSX Konzentration, bei der MSX Resistenz stattfand, isoliert. Die
Kolonien wurden vermehrt und die Antikörpersekretionsrate (in μg/106 Zellen/Tag) wurde mit der nichtamplifizierten
Rate verglichen. Klone wurden erhalten, die den humanisierten Antikörper mit
1 bis 3 μg/106 Zellen/Tag exprimierten.
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Der humanisierte Antikörper wurde
aus eingesetztem Gewebekulturüberstand
durch Affinitätschromatographie über eine
Superose Protein-G Säule
(Pharmacia) gereinigt und in T-Zellproliferationstests und C 1 q Bindungsstudien
verwendet.
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T-Zellproliferation
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Periphere humane mononukleäre Zellen
wurden aus humanem, von Fibrin befreitem Vollblut unter Verwendung
von Lymphoprep (Nycomed, Oslo, Norwegen) in Anlehnung an das Protokoll
des Herstellers isoliert. Dreifache Kulturansätze wurden in flachbödigen Mikrotiterplatten
mit 96 Vertiefungen (Nunclon, Roskild, Dänemark) mit dem Mediumklon
(RPMI 1640, ergänzt
mit 10% autologem Serum, 2 mM Glutamin und 100 N/ml Penicillin,
100 μg/ml
Streptomycin) oder mit Medium und Antigen (Tetanustoxoid, 5 g/ml)
oder Medium und Mitogen (PHA, 5 μg/m1),
bei Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von YFC 51.1.1 oder dem
humanisierten Antikörper
angesetzt. Die Zellen wurden bei 37°C in einer angefeuchteten Atmosphäre mit 95%
Luft, 5% CO2 5 Tage lang kultiviert. Die
Vertiefungen erhielten dann einen Pulse mit 1 μCi [Methyl 3H]Thymidin
(2 Ci/mmol, Amersham), wurden 4 Stunden später geerntet und die Radioaktivität wurde
durch Flüssigszintillation unter
Verwendung eines β-Zählers (LKB,
Betaplate, Schweden) gezählt.
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Sowohl der YFC51.1.1 monoklonale
Antikörper
der Ratte, als auch der humanisierte Antikörper hemmten stark die Antigen-spezifische
T-Zellantwort, hatten aber eine geringe Wirkung auf die PHA induzierte Proliferation.
Dennoch konnte bei hohen Antikörpergehalten
(50 μg/ml)
und niedrigen PHA-Gehalten (2,5 μg/ml)
bis zu 80% Hemmung erzielt werden.
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Komplement-Bindung
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Humane mononukteäre Zellen (wie oben präpariert)
wurden mit 5 μg/ml
PHA stimuliert und bei 37°C 3
Tage inkubiert. Das PHA wurde durch Waschen der Zellen in PBS entfernt.
Die Zellen wurden dann mit 10 μg/ml
Testantikörper
20 Minuten auf Eis inkubiert, die Zellen wurden in eiskaltem PBS
gewaschen und mit eiskaltem humanen Serum 20 Minuten inkubiert.
Das humane Serum wurde durch Waschen in eiskaltem PBS entfernt.
Die Zellen wurden dann 20 Minuten mit fluoreszierendem plolyklonalen
Schaf anti-Mensch C 1 q inkubiert. Nichtgebundenes anti-C 1 q wurde
durch Waschen der Zellen in PBS entfernt, und die Zellen wurden durch
ein Becton-Dickenson
FACScan analysiert. Es wurde befunden, dass YFC51.1.1 an humanes
Clq schwach bindet, und keine Bindung wurde bei dem humanisierten
Antikörper
detektiert. Potentielle therapeutische Verwendungen für anti-CD
18 Antikörper
beruhen eher auf transienter Hemmung von CD18-vermittelter Adhärenz von
Leukocyten als auf Depletion von CD18 positiven Zellen. Demgemäss ist die
Unfähigkeit
des humanisierten Antikörpers
humanes Komplement auf CD18 positiven Zellen zu fixieren ein Vorteil,
da es vermuten lässt,
dass der Antikörper
in vivo nicht unter Verwen dung von Komplement depletiert wird, jedoch
als ein blockierender Antikörper
fun- gieren wird.
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FACS-Analyse
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Ein CD18 positiver T-Zellklon (MF14)
wurde zur Bestimmung der Bindung von humanisiertem Antikörper im
Vergleich mit Antikörper
der Ratte verwendet. Zellen wurden mit Antikörper der Ratte oder humanisiertem
Antikörper
30 Minuten auf Eis inkubiert. Nichtgebundener Antikörper wurde
durch Waschen entfernt und der Sekundärantikörper wurde zugegeben (d.h.
Antikörper
der Ratte wurde zu mit humanisiertem Antikörper präinkubierten Zellen zugegeben
und umgekehrt) und 30 Minuten auf Eis inkubiert. Die Zellen wurden
zur Entfernung von nichtgebundenem Antikörper gewaschen und ein FITC-markierter
anti-Mensch oder anti-Ratte Antikörper wurde zugefügt. Nichtgebundene
Markierung wurde durch Waschen entfernt, und die Zellen wurden durch
ein Becton-Dickenson FACSan analysiert. Präinkubation von MF14 Zellen
mit 10 μg/m1
YFC51.1.1 Antikörper
blockierte vollständig
die Bindung von 0,1 μg/ml
humanisiertem Antikörper.
In dem reziproken Experiment blockierte eine Präinkubation mit 10 μg/ml humanisiertem
Antikörper
vollständig
die Bindung von 0,1 g/ml YFC51.1.1. In beiden Fällen führte eine Verwendung von 1,0
und 0,1 μg/m1
des ersten Antikörpers
zu einer Titration der Blockierung.
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SEQUENZLISTE
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