ES2228903T3 - Pegilacion de ligandos que mejora la actividad antitumoral y reduce la toxicidad de inmunoconjugados. - Google Patents

Pegilacion de ligandos que mejora la actividad antitumoral y reduce la toxicidad de inmunoconjugados.

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ES2228903T3 ES01948294T ES01948294T ES2228903T3 ES 2228903 T3 ES2228903 T3 ES 2228903T3 ES 01948294 T ES01948294 T ES 01948294T ES 01948294 T ES01948294 T ES 01948294T ES 2228903 T3 ES2228903 T3 ES 2228903T3
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Masanori Onda
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Abstract

Una composición que comprende una molécula dirigible unida a una molécula efectora a través de una molécula conectora y una o más moléculas de polietilenglicol (PEG) conjugadas a dicha molécula conectora.

Description

Pegilación de ligandos que mejora la actividad antitumoral y reduce la toxicidad de inmunoconjugados.
Referencias cruzadas a solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica el beneficio de las solicitudes de patente provisional de EE.UU. 60/211.331, presentada el 9 de junio de 2000, y 60/213.804, presentada el 22 de junio de 2000. Los contenidos de ambas solicitudes se incorporan en la presente memoria descriptiva por referencia para todo objeto.
Declaración de los derechos de invención sobre trabajos de investigación y desarrollo realizados con financiación del gobierno federal
No aplicable.
Antecedentes de la invención
Los inmunoconjugados recombinantes son moléculas quiméricas en las que una molécula con una función pretendida, denominada "molécula efectora" está acoplada a una molécula dirigible dirigida hacia el conjugado, típicamente a una célula que expresa un receptor determinado o un antígeno reconocido por la molécula dirigible. Las inmunotoxinas son una forma de inmunoconjugado en las que una toxina, por lo general fragmentada, sirve como molécula efectora, y está condensada con una porción Fv de un anticuerpo o con un ligando que actúa como el resto dirigible. Se han producido muchas inmunotoxinas recombinantes diferentes en las que la porción Fv de un anticuerpo frente a un antígeno relacionado con un tumor está condensado con una forma mutante de 38 kDa de la exotoxina A de Pseudomonas (PE) con una deleción de su dominio de unión a la célula (Pastan (1997) Biochem Biophys. Acta. 24: 1333; Kreitman y col. (1994) Blood 83:426-434; Kreitman y col. (1999) Int. J. Cancer 81: 148-155; Brinkmann y col., (1991) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 8616-8620; Reiter y col. (1994) Cancer Res. 54: 2714-2718; Reiter y col. (1994) J. Biol. Chem. 269: 18327-18331). Cinco de estas inmunotoxinas recombinantes (anti-Tac(Fv)-PE38, B3(Fv)-PE38, B3(dsFv)-PE38, RFB4(dsFv)-PE38 y e23(dsFv)-PE38) se han evaluado recientemente en estudios en fase III con pacientes con cáncer (Kreitman y col. (1999) Blood 94:3340-3348; Pai-Scherf y col. (1999) Clin. Cancer Res. 5: 2311-2315). Todas estas inmunotoxinas han producido regresiones completas de xenoinjertos de cáncer humano en ratones desnudos (atímicos) y son relativamente bien toleradas por ratones y monos.
La inmunotoxina Anti-Tac(Fv)-PE38 (también conocida como "LMB-2"), que comprende el fragmento Fv del anticuerpo monoclonal Tac antihumano acoplado con la subunidad \alpha del receptor de la IL-2 (también denominado Tac, p55 o CD25) ha producido respuestas clínicas de importancia en neoplasias malignas hematológicas (Kreitman y col. (1999) Blood 94:3340-3348). La LMB-2 se administró a 35 pacientes con neoplasias malignas CD25+ en los que han fracasado los tratamientos estándar y de rescate. Un paciente con leucemia de células pilosas (HCL) presentó una remisión completa, persistente a los 20 meses, y se observaron siete respuestas parciales en HCL, linfoma cutáneo de células T, leucemia linfocítica crónica, enfermedad de Hodgkin y leucemia de células T de adultos. Véase Kreitman y col. (2000) J. Clin. Oncol 18(8): 1622.36.
Sin embargo, la LMB-2 exhibió efectos secundarios que limitaban la cantidad de inmunotoxina que podía administrarse a pacientes. Estos efectos secundarios tóxicos se deben, al menos en parte, a la unión inespecífica de la LMB2 a los tejidos normales, ya que una toxicidad limitante de la dosis daña las células hepáticas que no expresan receptores de la IL-2 (Kreitman y Pastan (1995) Semin. Cancer Biol. 5: 297-306). También pueden haberse producido efectos secundarios resultantes de dirigir de forma específica a las células normales CD25+. Además, en algunos pacientes tratados con LMB2 se formaron anticuerpos antiPE humanos y en ocasiones anticuerpos FV antiratón. Esta inmunogenicidad de inmunotoxinas recombinantes reduce su utilidad terapéutica. Si se puede evitar la inmunogenicidad y los efectos secundarios, se podría administrar más inmunotoxina y obtener respuestas mejoradas en neoplasias malignas humanas. Recientemente se ha descrito una nueva estrategia diseñada para disminuir los efectos secundarios de la LMB-2 en la que se introducen mutaciones en la región estructural de la Fv para reducir su punto isoeléctrico (Onda y col., (1999) J. Immunol. 163: 6072-6077). Estas inmunotoxinas mutantes son menos tóxicas para los ratones, lo que permite que se puedan administrar dosis más elevadas con un incremento sustancial de la actividad antitumoral. Sin embargo, el daño hepático todavía era la toxicidad limitante de la dosis y este enfoque no está diseñado para disminuir la inmunogenicidad.
Estas inmunotoxinas recombinantes (PM: 63.000) tienen un peso molecular inferior que los conjugados anticuerpo-toxina convencionales (PM: \sim 190.000). Aunque las moléculas de peso molecular menor tienen una distribución aumentada en los tumores (así como en varios tejidos normales como en los riñones y el hígado), también se eliminan de la circulación más rápido de lo que lo hacen las moléculas más grandes. En estudios preclínicos se ha mostrado que la actividad antitumoral aumenta si las inmunotoxinas recombinantes sobreviven durante más tiempo en la circulación (Pai y col., (1991) Cancer Res. 51: 2808-2812). Por tanto, un incremento en el tiempo de residencia en la sangre de las inmunotoxinas de menor peso debería conducir a un incremento de sus actividades antitumorales. El resultado neto sería un aumento de su potencia terapéutica.
Un modo de incrementar la residencia en la sangre de proteínas consiste en modificarlas con polietilenglicol (PEG). La modificación química de las proteínas con PEG (PEGilación) aumenta su tamaño molecular y su impedimento estérico, que dependen ambas del PEG unido a la proteína. Esto tiene como resultado una mejora de las semividas plasmáticas y de la estabilidad proteolítica y una disminución de la inmunogenicidad y la captación hepática (Chaffee y col. (1992) J. Clin. Invest. 89: 1643-1651; Pyatak y col. (1980) Res. Commun. Chem. Pathol. Pharmacol. 29: 113-127). Se ha comunicado que la PEGilación de la interleucina 2 aumenta su potencia antitumoral in vivo (Katre y col. (1987) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 84: 1487-1491) y la PEGilación de un F(ab)'2 derivado del anticuerpo monoclonal A7 ha mejorado su localización tumoral (Kitamura y col. (1990) Biochem. Biophys. Res. Commun. 28: 1387-1394).
Los inventores han comunicado anteriormente que una toxina quimérica pegilada compuesta por el factor de crecimiento transformante \alpha y PE mostraba una mejora en su tiempo de residencia en la sangre y una disminución de su inmunogenicidad, que tiene como resultado una intensificación in vivo de la potencia antitumoral y una toxicidad in vivo reducida (Wang y col., (1993) Cancer Res. 53: 4588-4594). Sin embargo, también descubrieron que la PEGilación se acompañaba de una pérdida no deseada y significativa de actividad citotóxica contra las células objetivo. Al contrario que la PEGilación de enzimas, que actúa sobre sustratos pequeños, la PEGilación de inmunotoxinas recombinantes puede producir una disminución de su actividad a causa de la pérdida de unión al antígeno, de la translocación al citosol o de la actividad de ribosilación de ADP, porque estas etapas se basan en las interacciones macromoleculares estorbadas estéricamente con facilidad por el PEG unido. En la mayoría de los casos, la PEGilación de proteínas es inespecífica y dirigida a todos los residuos de lisina en la proteína, algunos de los cuales pueden estar en o cerca del sitio activo. Para superar este inconveniente, se intentó la PEGilación específica de sitio de las moléculas PE mutantes que se sometieron a ingeniería genética para que contuvieran uno o dos residuos de cisteína en la superficie de la PE (Benhar y col. (1994) J. Biol. Chem. 269: 1398-133404; Kuan y col. (1994) J. Biol. Chem. 269: 7610-7616). Para la unión de PEG a estos residuos se usó química de tiol libre. Se ha probado que este enfoque no ha tenido éxito y proporciona un bajo rendimiento de inmunotoxina PEGilada y una pérdida significativa de actividad.
Por tanto, existe una necesidad en la técnica de inmunotoxinas y otros inmunoconjugados con una toxicidad menor mientras se conserva si actividad antitumoral.
Sumario de la invención
La presente invención se refiere a la PEGilación dirigida a sitio de inmunoconjugados, incluidas inmunotoxinas. En particular, la presente invención proporciona un nuevo enfoque para modificar con polietilenglicol (PEG) una molécula conectora que une el resto de toxina al resto dirigible de una inmunotoxina. En algunos aspectos de la invención, se preparar un mutante de la inmunotoxina de interés en el que se introducen una o más cisteínas en un péptido conector que une el anticuerpo a la toxina, y después el mutante se modifica con PEG-maleimida. La inmunotoxina PEGilada posee una citotoxicidad específica in vitro comparable contra las células tumorales, aunque otras propiedades, incluidas la estabilidad, la semivida plasmática, la actividad antitumoral, la inmunogenicidad y la toxicidad inespecífica, mejoran mucho.
En un aspecto, la presente invención está dirigida a composiciones que comprenden un anticuerpo o fragmento del mismo que retiene la capacidad de reconocimiento antigénica, unido a una toxina a través de una molécula conectora, en el que la molécula conectora comprende una o más moléculas de polietilenglicol. En una forma de realización, la molécula conectora es un péptido. En otra forma de realización, la toxina es la exotoxina de Pseudomonas (PE). En una forma de realización preferida, la toxina es una porción de la exotoxina de Pseudomonas que retiene la actividad de ribosilación de ADP, preferentemente un fragmento de 38 kDa (PE38). En otra forma más de realización, la porción anticuerpo de la inmunotoxina es un fragmento Fv monocatenario del anticuerpo monoclonal Tac antihumano. En formas de realización preferidas, la inmunotoxina es anti-Tac(Fv)-PE38 (es decir, LMB-2).
La presente invención además proporciona un procedimiento para aumentar la actividad antitumoral de una inmunotoxina que tiene un resto dirigible y un resto de toxina conectados mediante una molécula conectora, en el que dicho procedimiento comprende la unión covalente de un polietilenglicol a dicha molécula conectora. El resto de toxina se puede seleccionar del grupo compuesto por la exotoxina de Pseudomonas (PE) o un fragmento o un mutante de la misma que retiene actividad citotóxica, la toxina diftérica o un fragmento o un mutante de la misma que retiene actividad citotóxica, ricino, saponina, gelonina, proteína inactivadota de ribosomas, abrina y las toxinas botulínicas A-F. En una forma de realización preferida, la toxina es la exotoxina de Pseudomonas (PE). En una forma de realización más preferida, la toxina es un fragmento de 38 kDa de la exotoxina de Pseudomonas (PE38). En otra forma más de realización, la porción de anticuerpo de la inmunotoxina es un fragmento Fv monocatenario del anticuerpo monoclonal Tac antihumano. En formas de realización especialmente preferidas, la inmunotoxina es un anti-Tac(Fv)-PE38 (es decir, LMB-2).
En particular, la invención proporciona composiciones que comprenden una molécula dirigible unida a una molécula efectora a través de una molécula conectora, en la que la molécula conectora comprende una o más moléculas de polietilenglicol (PEG). La molécula dirigible se puede seleccionar de un ligando, un anticuerpo y un fragmento de un anticuerpo, en el que dicho fragmento retiene la capacidad de reconocimiento del antígeno. El anticuerpo o fragmento del mismo que retiene la capacidad de reconocimiento del antígeno puede reconocer de forma específica la subunidad \alpha del receptor de la IL-2. En algunas formas de realización, la molécula efectora es una toxina y en formas de realización preferidas es una exotoxina de Pseudomonas o una porción de la misma que retiene la capacidad de ribosilación de ADP ("PE"). En una forma de realización particularmente preferida, la PE es PE38.
En formas de realización preferidas, la molécula conectora es un péptido. Aunque el péptido puede tener entre 4-100 aminoácidos y preferentemente es más corto que aproximadamente 50 aminoácidos, en las formas de realización preferidas la molécula conectora puede ser ASGGPE (ID SEC Nº 1) mutada mediante mutagénesis específica de sitio para que contenga una cisteína, como en ASGCGPE (ID SEC Nº 2) y ASGCCGPE (ID SEC Nº 3), o puede ser, por ejemplo, ASCGSGCPE (ID SEC Nº 4), KASGKKYGCK-KGPE (ID SEC Nº 5), ASCGTTGCPE (ID SEC Nº 8) o KGGGGCAGGPE (ID SEC Nº 6).
La molécula PEG se sustituye con un grupo reactivo en un residuo aminoacídico de la molécula conectora. La molécula PEG puede tener un peso molecular de entre 1 y 100 kD, más preferentemente tiene un peso molecular de entre aproximadamente 3 kD y 50 kD, incluso más preferentemente tiene un peso molecular de entre aproximadamente 5 kD y aproximadamente 20 kD. En una forma de realización particularmente preferida, la molécula dirigible es un anticuerpo anti subunidad \alpha del receptor de la IL-2 conocido como anti-Tac, en el que dicha molécula efectora es PE38 y dicha molécula conectora es ASGCGPE (ID SEC Nº 2).
En un grupo de formas de realización, la invención proporciona composiciones que comprenden las composiciones mencionadas anteriormente en un vehículo farmacéuticamente aceptable.
En otro de formas de realización, la invención proporciona procedimientos para aumentar la actividad antitumoral de una inmunotoxina que tiene un resto dirigible y un resto de toxina conectados mediante una molécula conectora, en el que dicho procedimiento comprende la unión covalente de una molécula de polietilenglicol a dicha molécula conectora. Dos o más residuos de dicha molécula conectora pueden estar conjugados con moléculas de PEG (es decir, cada residuo se conjuga por separado con una molécula de PEG que es distinta de la molécula de PEG a la que el otro residuo está conjugado). La molécula dirigible puede seleccionarse de un ligando, un anticuerpo y un fragmento de un anticuerpo en el que dicho fragmento retiene la capacidad de reconocimiento de antígeno. En algunas formas de realización preferidas, el anticuerpo o fragmento del mismo reconoce de forma específica la subunidad \alpha del receptor de la IL-2. La molécula efectora puede ser una toxina, en particular, la efectora puede ser una exotoxina de Pseudomonas (PE) o una porción de la misma que retiene la capacidad de ribosilación de ADP. En una forma de realización preferida, la PE es PE38.
La molécula conectora puede ser un péptido. En particular, la molécula conectora puede ser cualquiera de los siguientes péptidos, aunque la posición de la cisteína puede cambiarse si se desea: ASGCGPE (ID SEC Nº 2), ASGCCGPE (ID SEC Nº 3), ASCGSGCPE (ID SEC Nº 4), KASGKKYGCK-KGPE (ID SEC Nº 5), ASCGTTGCPE (ID SEC Nº 8) y KGGGGCAGGPE (ID SEC Nº 6).
Los inmunoconjugados de la invención de PEGilan mediante la sustitución de una molécula PEG por un grupo reactivo en uno o más residuos aminoacídicos de la molécula conectora. La molécula PEG puede tener un peso molecular (Pm) de entre 1 y 100 kD, típicamente tiene un Pm de entre aproximadamente 3 kD y aproximadamente 50 kD, y preferentemente tiene un peso molecular de entre aproximadamente 5 kD y aproximadamente 20 kD.
La molécula efectora puede ser una citotoxina, un marcador, un radionúclido, un marcador detectable, un fármaco, un liposoma, un ácido nucleico, un virus recombinante, una glicoproteína, un ligando y o un anticuerpo. La citotoxina puede ser la exotoxina A de Pseudomonas o un fragmento o mutante de la misma que retenga la actividad citotóxica, la toxina diftérica o un fragmento o mutante de la misma que retenga la actividad citotóxica, ricino, saponina, gelonina, proteína inactivadora de ribosomas, abrina o una toxina botulínica A-F.
En una forma de realización preferida, el resto dirigible es un anticuerpo antiCD35 conocido como antiTac, la molécula efectora es PE38 y la molécula conectora es ASGCGPE (ID SEC Nº 2).
Breve descripción de las figuras
La figura 1 (A) es una representación esquemática de la LMB-2 mutante (anti-Tac(Fv)-PE38) con una cisteína en la molécula conectora. Las posiciones de los aminoácidos que atraviesan las secuencias PE están numeradas. La secuencia de aminoácidos de la molécula conectora (C) de la LMB-21 mutante (cys1-LMB-2) cambia de ASGGPE (ID SEC Nº 1) a ASGCGPE (ID SEC Nº 2). V_{H} se refiere al fragmento de la cadena pesada del anticuerpo anti-Tac; L representa el péptido de unión (GGGGS)_{3}(ID SEC Nº 7); VL se refiere al fragmento de la cadena ligera; C representa la molécula conectora; II es el dominio II de la PE; Ib es el dominio Ib de la PE y III es el dominio III de la PE.
(B) La PEGilación específica de sitio a un residuo de cisteína en la molécula conectora del mutante de LMB-2, cys1-LMB-2 se conjuga de forma específica de sitio con PEG a través de la formación de un enlace tioéter entre un grupo tiol libre en la molécula conectora del mutante de LMB-2 y la maleimida en un extremo de la cadena de PEG.
Figura 2 Propiedades de las moléculas LMB-2
(A)
Análisis SDS-PAGE de moléculas LMB-2 PEGiladas. El análisis SDS-PAGE se realizó en condiciones no reductoras. El carril M muestra los pesos moleculares de referencia, que, de arriba abajo son Pm 111.000, 73.000, 47.500, 33.900, 28.800 y 20.500; los carriles 1, 2, 3 y 4 corresponden a LMB-2; cys1-LMB-2; PEG5K-LMB-2 y PEG20K-LMB-2, respectivamente.
(B)
Citotoxicidad específica in vitro de varias formas de LMB-2 sobre células ATac4. Varias moléculas de LMB-2 se diluyeron con BSA al 0,2% en DPBS. Las células ATac4 se cultivaron a 2,0x104 células/pocillo en placas de 96 pocillos, 24 horas antes de la adición de LMB-2 (\circ), cys1-LMB-2 (\bullet), PEG5K-LMB-2 (\square), PEG20K-LMB-2 (\sqbullet) y la incubación con ellas a 37ºC durante 24 horas. A continuación se analizaron las células midiendo la inhibición de la incorporación de ^{3}[H]-leucina.
Figura 3. Estabilidad de LMB-2 pegiladas en suero de ratón. La estabilidad de LMB-2 (\circ), cys1-LMB-2 (\bullet), PEG5K-LMB-2 (\square), PEG20K-LMB-2 (\sqbullet) se determinó mediante incubación a 10 \mug/ml a 37ºC en suero de ratón de ratones hembra BALB/c (50 \mul de 40 \mug/ml de inmunotoxina + 150 \mul de suero de ratón). La cantidad de inmunotoxina activa que resta tras diferentes tiempos de incubación se determinó mediante un ensayo de citotoxicidad.
Figura 4. Efectos antitumorales de LMB-2 pegiladas sobre tumores sólidos de ATac4. Células ATac4 (2 x 106) se inocularon por vía subcutánea el día 0 en ratones desnudos. Comenzando el día 4, los ratones se trataron con inyecciones intravenosas de inmunotoxinas los días 4, 6, 8. Se trataron grupos de cinco ratones para cada dosis 3 veces al día x 3 a cada nivel de dosis. (A) LMB-2, (B) cys1-LMB-2, (C) PEG5K-LMB-2 (D), PEG20K-LMB-2. Se usaron los siguientes símbolos: O, diluyente; \square, 0,100 mg/kg, \sqbullet, 0,050 mg/kg; \Delta, 0,025; \blacktriangle, 0,013 mg/kg; \blacklozenge, 0,006 mg/kg, \bullet, PEG5K 0,5 mg/kg: \lozenge, PEG20K 0,5 mg/kg.
Figura 5. Farmacocinética de LMB-2 pegiladas en ratones. A ratones hembra normales BALB/c se inyectaron por vía intravenosa 2 \mug de LMB-2 (O), cys1-LMB-2 (\bullet), PEG5K-LMB-2 (\square), PEG20K-LMB-2 (\sqbullet). Se extrajeron muestras de sangre a diferentes tiempos. El nivel de inmunotoxina se midió mediante bioensayo en el se incubaron muestras de suero diluido con células ATac4 y se midió la capacidad de las muestras de suero para inhibir la síntesis de proteínas. Para cada inmunotoxina se construyó una curva estándar. Se usaron grupos de 4 ratones. Los valores son la media \pm DE.
Figura 6. Respuestas IgG en ratones a las LMB-2 PEGiladas. A ratones en grupos de cinco se inyectó por vía intraperitoneal LMB-2 (O), cys1-LMB-2 (\bullet), PEG5K-LMB-2 (\square) y PEG20K-LMB-2 (\sqbullet) a una dosis de 4 \mug/ratón o 40 \mug/ratón en PBS con seroalbúmina de ratón (MSA) al 0,2%. Dos semanas tras la primera inmunización, se inmunizó de nuevo a los ratones con el antígeno adecuado. Los niveles de IgG específico se determinaron mediante ELISA el día 21.
Descripción de las formas de realización específicas I. Introducción
Sorprendentemente, se ha descubierto que la PEGilación del ligador o porción conectora de una inmunotoxina aumenta la actividad antitumoral de la inmunotoxina, mientras que disminuye su toxicidad e inmunogenicidad. Por tanto, la invención proporciona un avance significativo en la técnica la proporcionar un medio para incrementar la ventana terapéutica de las inmunotoxinas. Este resultado no se podía haber predecido porque no se podía haber sabido si la PEGilación del ligador interferiría o no en el plegamiento o la actividad de la inmunotoxina y, en particular, en la función de los restos dirigible o de toxina.
Incluso más sorprendentemente se ha descubierto que los polietilenglicoles de peso molecular tanto elevado como bajo se pueden conjugar a la porción de unión de una inmunotoxina sin producir efectos adversos sobre su actividad. Hasta la fecha, en la técnica se ha enseñado que la actividad de las proteínas PEGiladas disminuye cuando aumenta el peso molecular del PEG unido porque el impedimento estérico debido al PEG unido aumenta cuando se incrementa la longitud de la cadena de PEG (Tsutsumi y col. (1996) Br. J. Cancer 74: 1090-1095). Sin embargo, en los estudios de los inventores se ha demostrado que una inmunotoxina PEGilada con una forma de 20 kD de PEG tenía casi la misma actividad que una inmunotoxina similar PEGilada con una forma de 5kD. Por tanto, la PEGilación del ligador permite que una inmunotoxina PEGilada con un PEG de cualquier Pm proporcione al constructo el grado de estabilidad y tiempo de circulación en suero deseado por cada profesional concreto, sin la pérdida de actividad que antes se pensaba que estaba asociada con formas de PEG con Pm más elevados.
Según los resultados obtenidos con esta inmunotoxina, cabe esperar que las moléculas dirigibles unidas a las moléculas efectoras distintas a las toxinas, tales como fármacos y quelatos metálicos, exhibirán asimismo efectos terapéuticos mejorados.
En formas de realización preferidas, el ligador al que el PEG se conjuga es un péptido, preferentemente de una longitud de aproximadamente 3 a aproximadamente 50 aminoácidos, prefiriéndose de aproximadamente 6 a aproximadamente 20. En la técnica se conoce una serie de tales péptidos ligadores y son adecuados para usar en la invención. Convenientemente, el ligador se puede conjugar a un PEG mediante la incorporación de una cisteína en el ligador en una posición deseada, lo que permite a un derivado de PEG tal como PEG maleimida conjugarse mediante química de tiol. Sin embargo, los sitios reactivos de otros residuos de aminoácidos pueden utilizarse para conjugar los derivados de PEG adecuados al ligador, como se explica más adelante. En formas de realización preferidas, PEG se une a un único residuo aminoacídico en el ligador; sin embargo, si se desea se pueden PEGilar uno o más residuos del ligador. Tales constructor deben probarse, por ejemplo, mediante los ensayos que se indican en los Ejemplos, para garantizar que tal PEGilación múltiple no afecta de forma adversa al perfil de actividad de la inmunotoxina (es decir, su tiempo de circulación en suero, capacidad para unirse y matar células diana, y similares).
En consecuencia, la presente invención está dirigida a composiciones en las que un ligador que conecta la molécula efectora y los restos dirigibles de un inmunoconjugado está PEGilado. En particular, la presente invención proporciona composiciones que comprenden inmunotoxinas, en las que el conector que une el resto dirigible con la toxina está PEGilado de un modo específico de sitio. La presente invención además está dirigida a procedimientos para incrementar la actividad antitumoral de una inmunotoxina, que comprenden unir una o más moléculas de polietilenglicol al conector que une la toxina con el resto dirigible.
En particular, la presente invención proporciona un procedimiento para introducir una mutación en la región conectora que une el anticuerpo o el fragmento de anticuerpo con la toxina de interés, típicamente para introducir un residuo de cisteína. Después, el residuo de cisteína u otro residuo introducido puede usarse para la PEGilación específica de sitio de la región conectora. En caso de la introducción de un residuo de cisteína, la PEGilación puede llevarse a cabo de forma conveniente usando química de tiol. Las químicas para realizar la PEGilación de comentan con más detalle más tarde.
En una serie de formas de realización, la toxina usada en las inmunotoxinas de la invención es la exotoxina A de Pseudomonas (PE). Típicamente, las moléculas de PE usadas en tales inmunotoxinas se han modificado para reducir o eliminar la unión inespecífica y la toxicidad. En una forma de realización preferida, la toxina es un fragmento truncado citotóxico de 38 kDa de la exotoxina de Pseudomonas conocido como PE38. En otra serie de formas de realización, la porción de anticuerpo de la inmunotoxina es un fragmento Fv monocatenario de un anticuerpo monoclonal Tac antihumano frente a la subunidad \alpha del receptor de la IL-2 (también conocido como Tac). En formas de realización preferida, la inmunotoxina es la anti-Tac(Fv)-PE38, también conocido como LMB-2.
Aunque estas son formas de realización particularmente preferidas, en la técnica se conocen numerosos antígenos que se expresan en células cancerosas, como también anticuerpos que se unen de forma específica a esos antígenos cancerosos. Además, en la técnica también se conocen inmunoconjugados e inmunotoxinas que emplean estos anticuerpos. La presente invención contempla específicamente que la estabilidad y el tiempo de circulación en suero de estos inmunoconjugados e inmunotoxinas se puede mejorar mediante PEGilación de sus restos ligadores.
II. Definiciones
Las unidades, los prefijos y los símbolos se representan según la forma aceptada por el Sistema Internacional de Unidades (SI). Los intervalos numéricos incluyen los números que definen el intervalo. A menos que se indique otra cosa, los ácidos nucleicos se escriben de izquierda a derecha en orientación 5' a 3'; las secuencias de aminoácidos se escriben de izquierda a derecha, en orientación de amino a carboxi. Los encabezamientos que se proporcionan en la presente memoria descriptiva no son limitaciones de los diversos aspectos o formas de realización de la invención, que se pueden tener como referencia de la descripción como un todo. En consecuencia, los términos definidos justo a continuación se definen con más detalle haciendo referencia a la descripción en su totalidad.
En el contexto de la presente invención, el término "anticuerpo" o "fragmento/fragmentos de anticuerpo" se refiere a anticuerpos monoclonales y policlonales, un anticuerpo o una inmunoglobulina completos o cualquier fragmento funcional de una molécula de inmunoglobulina que se une al antígeno diana y que se define a continuación. Entre los ejemplos de tales entidades funcionales se incluyen moléculas completas de anticuerpos, fragmentos de anticuerpos, tales como Fv,. Fv monocatenario, regiones determinantes de la complementariedad (CDR), V_{L} (regiones variables de la cadena ligera), V_{H} (regiones variables de la cadena pesada), Fab, F(ab)2' y cualquier combinación de estos o cualquier otra porción funcional de un péptido de inmunoglobulina capaz de unirse a un antígeno diana (véase, por ejemplo, el Pierce Catalog and Handbook Manual, 1994-1995 (Pierce Chemical Co., Rockford, IL; Kuby, Immunology, 3ª ed., W. H. Freeman & Co., Nueva Cork (1997).
Se puede generar un anticuerpo inmunológicamente activo con un antígeno concreto mediante procedimientos recombinantes tales como la selección de bibliotecas de anticuerpos recombinantes en fagos o vectores similares, véase, por ejemplo, Huse y col., Science 246: 1275-1281 (1989); Ward y col., Nature 341: 544-546 (1989) y Vaughan y col., Nature Biotech. 14: 309-314 (1996) o mediante la inmunización del animal con el antígeno o con el ADN que codifica el antígeno.
Típicamente, una inmunoglobulina tiene una cadena ligera y una pesada. Cada cadena ligera y pesada contiene una región constante y una región variable (las regiones también se conocen como "dominios"). Las regiones variables de las cadenas ligera y pesada contienen una región "estructural" interrumpida por tres regiones hipervariables, también denominadas "regiones determinantes de la complementariedad" o "CDR". Se ha definido la extensión de la región estructural y de las CDR (véase Rabat, E. y col., SECUENCIAS DE PROTEÍNAS DE INTERÉS INMUNOLÓGICO, Departamento de Salud y Servicios Sociales de EE.UU. (US Department of Health and Human Services), (1987). Las secuencias de las regiones estructurales de las diferentes cadenas ligera o pesada están relativamente conservadas entre especies. La región estructural de un anticuerpo, es decir las regiones estructurales combinadas de las cadenas constituyentes ligera y pesada, sirve para colocar y alinear las CDR en las tres dimensiones del espacio.
Los anticuerpos existen, por ejemplo, en forma de inmunoglobulinas intactas o como un número de fragmentos bien caracterizados producidos por la digestión con diversas peptidasas. Por tanto, por ejemplo, la pepsina digiere los anticuerpos por debajo de los puentes disulfuro en la región bisagra para producir F(ab)'2, un dímero de Fab que en sí mismo es una cadena ligera unida a V_{H}-C_{H1} a través de un puente disulfuro. La F(ab)_{2}' puede reducirse en condiciones suaves para romper el puente disulfuro por la zona bisagra, convirtiendo de este modo el dímero F(ab)_{2}' en monómero Fab'. El monómero Fab' es esencialmente un Fab con parte de la región bisagra (véase, Fundamental Immunology, 3ª ed., W.E. Paul, ed., Raven Press, N.Y. (1993). Aunque varios fragmentos de anticuerpo se definen en términos de la digestión de un anticuerpo intacto, un experto apreciará que tales fragmentos se pueden sintetizar de novo bien químicamente o mediante el uso de metodología de ADN recombinante. Por tanto, el término anticuerpo, como se usa en la presente memoria descriptiva, también incluye fragmentos de anticuerpo producidos mediante la modificación de anticuerpos enteros o aquéllos sintetizados de novo mediante metodologías de ADN recombinante. Además, en el contexto de la presente invención, el término "anticuerpo" también incluye todas las formas sometidas a ingeniería genética tales como anticuerpos quiméricos (por ejemplo, anticuerpos murinos humanizados), anticuerpos heteroconjugados (por ejemplo, anticuerpos bioespecíficos) y fragmentos FV monocatenarios recombinantes (Fvmc), fragmentos Fv (dsFV) estabilizados mediante puentes disulfuro (por ejemplo, anticuerpos bioespecíficos) y fragmentos Fv monocatenarios recombinantes (scFv),estabilizados por puentes disulfuro (véase la solicitud de patente de EE.UU. nº 08/077.252 o fragmentos pFv (véase la solicitud de patente provisional de números 60/042.350 y 60/048.848).
El término "anticuerpo monocatenario" se refiere a un anticuerpo en el que la información genética que codifica fragmentos funcionales del anticuerpo ser localizan en un único ADN de longitud contigua. Para una descripción más detallada de los anticuerpos de cadena única, véase, por ejemplo, Bire y col., (1988) Science 242:423; y Huston y col. (1988) Proc Natl Acad. Sci. USA 85: 5879.
"Tac" se refiere a la subunidad \alpha del receptor de la IL-2. Los anticuerpos que se unen de forma específica a esta subunidad se denominan anticuerpos "anti-Tac".
En el contexto de la presente invención, "proteínas quiméricas" se refiere a proteínas en las que dos o más moléculas que existen por separado en su estado nativo se unen para formar una única molécula que tenga la funcionalidad deseada de todos sus constituyentes.
El término "inmunoconjugado" incluye referencias a un enlace covalente de una molécula efectora a una molécula dirigible, bien directamente o a través de una molécula conectora o ligadora. En el contexto de la presente invención, la molécula efectora y la molécula dirigible están conectadas a través de una molécula ligador. En muchas de las formas de realización preferidas de la invención, la molécula efectora es una toxina; los inmunoconjugados que incorporan una molécula de toxina se denominan más específicamente con el término "inmunotoxina".
El término "resto" se usa para hacer referencia a una porción de una molécula, en la que dicha porción tiene una funcionalidad pretendida. Por tanto, en un inmunoconjugado, la porción dirigible puede denominarse "resto dirigible", y en una inmunotoxina, la molécula de toxina incorporada puede denominarse "resto toxina".
Un "resto terapéutico" es la porción de un inmunoconjugado que se pretende que actúe como agente terapéutico.
El término "agente terapéutico" incluye cualquier número de compuestos que se conocen en la actualidad o desarrollados más tarde para que actúen como antineoplásicos, antiinflamatorios, citoquinas, antiinfecciosos, activadores o inhibidores de enzimas, modificadores alostéricos, antibióticos u otros agentes administrados para inducir un efecto terapéutico deseado en un paciente. El agente terapéutico también puede ser una toxina, donde el agente terapéutico pretendido es, por ejemplo, la muerte de una célula cancerosa. Además, puede ser, por ejemplo, un radioisótopo, a menudo un quelato metálico, que se conjuga con el ligador mediante procedimientos químicos estándar en la técnica.
Un "marcador detectable" significa, con relación a un inmunoconjugado, una porción del inmunoconjugado que posee una propiedad que hace que se pueda detectar su presencia. Por ejemplo, el inmunoconjugado puede estar marcado con un isótopo radioactivo que permite detectar las células en las que el inmunoconjugado está presente mediante análisis inmunohistoquímicos.
Los términos "resto efector" o "molécula efectora" significan la porción de un inmunoconjugado que se pretende que tenga un efecto sobre una célula diana por parte del resto dirigible o identificar la presencia del inmunoconjugado. Por tanto, el resto efector puede ser, por ejemplo, un resto terapéutico, una toxina, un marcador radioactivo o un marcador fluorescente.
Las "inmunotoxinas" son proteínas quiméricas en las que, típicamente una "toxina" está acoplada, directamente o a través de un ligador, a un "resto dirigible" para generar potentes reactivos para matar específicos de tipo celular. En el contexto de la presente invención, el término "resto dirigible" se refiere a una porción de una inmunotoxina que es capaz de dirigir la toxina o el resto tóxico a una célula o tejido de interés, por lo general mediante su unión específica a su diana correspondiente (por ejemplo, un receptor en la superficie de la células). Entre los ejemplos de "moléculas dirigibles" se incluyen, aunque no se limitan a ellas, ligandos de unión a un receptor y anticuerpos o fragmentos de anticuerpos que retienen la capacidad de reconocimiento del antígeno, tales como scFv, adsFv y Fab, o una F(ab)'_{2}. Por tanto, por ejemplo, cuando el resto dirigible es un anticuerpo, la inmunotoxina se unirá de forma específica a células que llevan el epítopo hacia el que está dirigido el anticuerpo. Como se usa en la presente memoria descriptiva, los términos "resto dirigible" y "molécula dirigible" se usan de forma intercambiable.
Típicamente, las "toxinas" son enzimas citotóxicas, por lo general de plantas y bacterias, e incluyen abrina, ricino, exotoxina A de Pseudomonas (PE), toxina diftérica (DT), toxina botulínica y formas mutadas y modificadas de estas toxinas que retienen propiedades citotóxicas cuando se dirigen a células de interés. Por ejemplo, la PE y la DT son compuestos muy tóxicos que típicamente matan a través de toxicidad hepática. Sin embargo, la PE y la DT se pueden modificar a una forma para usar en inmunotoxinas mediante la eliminación del componente dirigible nativo de la toxina (por ejemplo, dominio de la PE o la cadena B de la DT) y su sustitución con un resto dirigible diferente, tal como un anticuerpo. Un "resto tóxico" es esa porción de una inmunotoxina responsable de la citotoxicidad de la molécula completa.
Las inmunotoxinas actúan como potentes agentes de muerte celular dirigiendo de forma específica la toxina a las células que llevan una molécula diana concreta reconocida por el resto dirigible. Existe una gran cantidad de bibliografía acerca de las inmunotoxinas, incluidos, por ejemplo, Pastan y col., (1992) Ann. Rev. Biochem. 61: 331-354; Youle y col., (1980) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77: 5483; Gilliland y col., (1980) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77: 4539; Krolick y col., (1980) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77: 5419; Griffin y col., (1988) "Immunotoxins" pág. 433, Boston/Dordrecht/Lancaster, Kluwer Academia Publishers; Vitetta y col., (1987) Science 238:1098 y Fitzgerald y col., (1989) J. Natl. Cancer Inst. 81: 1455.
El resto dirigible y las porciones de toxina de las inmunotoxinas de la invención están unidos por una molécula denominada "conectora" o "ligador". Como se usa en la presente memoria descriptiva, los términos "conectora" y "ligador" son intercambiables. Típicamente, una molécula conectora no posee actividad biológica específica distinta a la de unir las proteínas o mantener alguna distancia mínima u otra relación espacial entre ellas. Sin embargo, los aminoácidos constituyentes de una molécula conectora pueden seleccionarse para que influyan sobre alguna propiedad de la molécula tal como el plegamiento, la carga neta o la hidrofobicidad de la molécula. El ligador es capaz de formar enlaces covalentes con el anticuerpo y con la molécula de toxina.
Los términos "ADN recombinante", "ácido nucleico recombinante" o "ADN producido de forma recombinante" se refieren a ADN que se ha aislado de su fuente nativa o endógena y se ha modificado química o enzimáticamente mediante la adición, la deleción o la alteración de nucleótidos adyacentes o internos. Los nucleótidos adyacentes son los nucleótidos que se encuentran en dirección 3' o 5' de la secuencia o subsecuencia de nucleótidos descrita, mientras que los nucleótidos internos son los nucleótidos que están dentro de la secuencia o subsecuencia descrita.
El término "medio recombinante" se refiere a las técnicas mediante las que se aíslan proteínas, se identifica la secuencia de ADNc que codifica la proteína y se inserta en un vector de expresión. A continuación, el vector se introduce en una célula y la célula expresa la proteína. El medio recombinante también abarca la ligadura/unión de ADN codificador o promotor de diferentes fuentes en un vector para la expresión de una proteína quimérica, la expresión constitutiva de una proteína o la expresión inducible de una proteína.
Los términos "proteína recombinante", "proteína producida de forma recombinante" o "inmunotoxina producida de forma recombinante" se refieren a un péptido o proteína producida usando células no nativas que no poseen una copia endógena de ADN capaz de expresar la proteína. Las células producen la proteína porque han sido alteradas genéticamente mediante la introducción de la secuencia adecuada de ácidos nucleicos. La proteína recombinante no se encontrará asociada con proteínas y otros componentes subcelulares que normalmente están asociados con las células que producen la proteína.
Como se usa en la presente memoria descriptiva, "polipéptido", "péptido" y "proteína" se usan de forma intercambiable e incluyen las referencias a un polímero de residuos aminoacídicos. Los términos se aplican a polímeros de aminoácidos en los que uno o más residuos aminoacídicos es un análogo químico artificial de un correspondiente aminoácido natural, así como a polímeros de aminoácidos naturales. Los términos también se aplican a polímeros que contienen sustituciones conservadoras de aminoácidos de forma que la proteína permanezca funcional.
El término "residuo" o "residuo aminoacídico" o "aminoácido" incluye las referencias a un aminoácido que se incorpora en una proteína, polipéptido o péptido (colectivamente "péptido"). El aminoácido puede ser un aminoácido natural y, a menos que se limite de otro modo, puede abarcar análogos conocidos de aminoácidos naturales que pueden funcionar de un modo similar al de los aminoácidos naturales.
Los aminoácidos y análogos a los que se hace referencia en la presente memoria descriptiva se describen mediante designaciones breves como se ilustra en la Tabla A continuación:
TABLA A
1
Una "sustitución conservadora", cuando describe una proteína se refiere a un cambio en la composición de aminoácidos de la proteína que no altera de forma sustancial la actividad de la proteína. Por tanto, "variaciones modificadas de modo conservador" de una secuencia de aminoácidos concreta se refiere a sustituciones aminoacídicas de los aminoácidos que no son cruciales para la actividad de la proteína o la sustitución de aminoácidos con otros aminoácidos que tienen proteínas similares (por ejemplo, ácidos, básicos, con carga positiva o negativa, polares o apolares, etc.), de modo que incluso sustituciones de aminoácidos cruciales no alteran la actividad de forma sustancial. En la técnica se conocen bien las tablas de sustituciones conservadoras que proporcionan aminoácidos de funcionalidad similar. Cada uno de los siguientes seis grupos de la Tabla B contiene aminoácidos que son sustituciones conservadoras unos de otros:
TABLA B
1) Alanina (A), serina (S), treonina (T);
2) Ácido aspártico (D), ácido glutámico (E);
3) Asparagina (N), glutamina (Q);
4) Arginina (R), lisina (K);
5) Isoleucina (I), leucina (L), metionina (M), valina (V); y
6) Fenilalanina (F), tirosina (Y), triptófano (W).
Véase también Creighton, PROTEINS, W. H. Freeman and Company, Nueva Cork (1984).
Los términos "sustancialmente similar" en el contexto de un péptido indica que un péptido comprende una secuencia con al menos un 90%, preferentemente al menos un 95%, de identidad de secuencia con la secuencia de referencia en una ventana de comparación de 10-20 aminoácidos. El porcentaje de identidad de secuencia se determina mediante la comparación de dos secuencias alineadas de forma óptima en una ventana de comparación, en la que la porción de la secuencia polinucleotídica en la ventana de comparación puede comprender adiciones o deleciones (es decir, huecos) en comparación con la secuencia de referencia (que no comprende adiciones o deleciones) para el alineamiento óptimo de las dos secuencias. El porcentaje se calcula mediante la determinación del número de posiciones en los que la base del ácido nucleico o el residuo aminoacídico idéntico se produce en ambas secuencias, para dar el número de posiciones iguales coincidentes, la división del número de posiciones iguales por el número total de posiciones en la ventana de comparación y la multiplicación del resultado por 100 para dar el porcentaje de identidad de secuencia.
La expresión "puente disulfuro" o "puente disulfuro cisteína-cisteína" se refiere a una interacción covalente entre dos cisteínas en la que los átomos de azufre de las cisteínas se oxidan para formar un puente disulfuro. La energía de enlace media de un puente disulfuro es de aproximadamente 60 kcal/mol en comparación con 1-2 kcal/mol de la de un enlace de hidrógeno. En el contexto de esta invención, las cisteínas que forman el puente disulfuro se encuentran dentro de las regiones estructurales del anticuerpo de cadena sencilla y sirven para estabilizar la conformación del anticuerpo.
Los términos "conjugar", "unir", "enlazar" o "ligar" se refieren a convertir dos polipéptidos en una molécula polipeptídica contigua. En el contexto de la presente invención, los términos incluyen referencias a la unión de un resto anticuerpo a una molécula de toxina. El enlace se puede hacer por medios químicos o recombinantes. "Medio químico" se refiere a una reacción entre el resto anticuerpo y el resto de toxina de modo que se forme un enlace covalente entre las dos moléculas para formar una molécula. Más particularmente, en el contexto de la invención, "medio químico" se refiere a reacciones por las que una molécula ligadora, por lo general un péptido corto, se une de forma covalente por un extremo a una molécula dirigible y por el otro extremo a una molécula de toxina.
III. Moléculas ligadoras
Las inmunotoxinas de la invención comprenden un resto dirigible y un resto de toxina conectados mediante una molécula ligadora. En la técnica se conocen varios ligadores y comparten las propiedades de ser no reactivos en condiciones fisiológicas y de no interferir en la actividad de los restos dirigible o de toxina. Cuando el anticuerpo y la molécula de toxina son polipéptidos, los ligadores pueden estar unidos a los aminoácidos constituyentes a través de sus grupos laterales (por ejemplo, a través de un puente disulfuro a la cisteína). Sin embargo, en formas de realización preferidas, los ligadores se unirán a los grupos amino y carboxilo del carbono alfa de los aminoácidos terminales.
En formas de realización preferidas, el ligador es un péptido y, preferentemente, tiene una longitud de 1 a 150 residuos, más preferentemente una longitud de 3 a 100 residuos e incluso más preferentemente una longitud de 3 a 50 residuos o menos. En formas de realización incluso más preferidas, el ligador tiene una longitud de aproximadamente 4 a aproximadamente 20 residuos de aminoácidos y en algunas formas de realización particularmente preferidas tiene una longitud de aproximadamente 6 a aproximadamente 17 residuos y en otras la longitud es de aproximadamente 6 a 10 residuos. Las moléculas de peso molecular mayor tienden a tener una menor penetración en el tumor y la porción ligadora no debería ser tan larga que reduzca en más de un 50%, o más preferentemente en más de un 25%, la capacidad de la inmunotoxina para penetrar en un tumor, en comparación con una inmunotoxina que tenga los mismos restos dirigible y de toxina pero un ligador de 10 residuos aminoacídicos o menos. En la técnica se conocen bien los ensayos para determinar la penetración en el tumor de las inmunotoxinas, y pueden realizarse, por ejemplo, mediante marcaje radioactivo de la inmunotoxina, la introducción de la inmunotoxina en un animal que tenga un tumor sólido (como un ratón desnudo en las que se han introducido células de un tumor sólido humano) y después la sección y autor radiografía del tumor para determinar la distancia en el interior del tumor a la que ha penetrado la inmunotoxina.
En formas de realización especialmente preferidas, los ligadores son péptidos de una longitud de aproximadamente 4 a aproximadamente 20 residuos aminoacídicos. En general se puede usar cualquier péptido de esta longitud siempre que no interfiera en el plegamiento adecuado o la actividad del resto dirigible o del resto de toxina de la inmunotoxina. El efecto del ligador sobre la actividad de estos restos se puede determinar con facilidad mediante el ensayo de la unión del resto dirigible a su diana y el análisis de la citotoxicidad del resto tóxico sobre las células hacia las que está dirigido el resto dirigible. Una disminución en la afinidad de unión del resto dirigible en más del 25% o una reducción de la citotoxicidad del resto de toxina en más del 25%, o ambos, indican que el péptido ligador particular probado no es adecuado. En la técnica se conocen ensayos para determinar las capacidades de unión de numerosos anticuerpos y ligandos. Por ejemplo, la afinidad de unión de un ligando empleado como molécula dirigible de la inmunotoxina puede analizarse mediante la medición de la capacidad de la molécula dirigible para desplazar un ligando nativo de su sustrato diana. Esto puede conseguirse marcando el ligando nativo y después incubando las células que llevan el receptor diana con una cantidad fija del ligando marcado y varias concentraciones de la inmunotoxina que contiene el ligando. La cantidad de ligando nativo unido se puede determinar mediante la detección de la cantidad de marcador unido a la célula diana. El ligando nativo no marcado se puede usar como control.
Un experto reconocerá que la selección de la célula diana se determina con el ligando concreto. El particular marcador se selecciona de forma que interfiera mínimamente en la unión del ligando nativo marcado. Los expertos en la técnica conocen bien marcadores adecuados, entre los que se incluyen, aunque no se limitan a ellos, marcadores radioactivos (por ejemplo, ^{125}I, ^{32}P), marcadores fluorescentes (por ejemplo, fluoresceína o rodamina) y marcadores enzimáticos (por ejemplo, peroxidasa de rábano). La citotoxicidad se puede determinar mediante ensayos estándar, tales como los que se enseñan en los siguientes ejemplos. El péptido puede mutarse mediante mutagénesis específica de sitio para introducir un residuo con un grupo funcional adecuado para reaccionar con el PEG en el ligador en cualquier punto deseado, o para sustituir un residuo con tal grupo funcional para cualquiera de los residuos aminoacídicos previamente presentes en el ligador. La química de los grupos funcionales para conjugar PEG con los residuos aminoacídicos se conoce bien y se enseña en, por ejemplo, referencias tales como Hermanson, Bioconjugate Techniques, Academic Press San Diego, CA (1996), capítulo 15, y en Zalipsky y col., "Succinimidyl Carbonates of Polyethylene Glycol," en Dunn y Ottenbrite, eds., Polymeric Drugs and Drug Delivery Systems, American Chemical Society, Washington, D.C. (1991).
Particularmente se prefieren cisteínas para introducir o sustituir en un ligador, ya que las cisteínas permiten la fácil conjugación de un derivado de PEG mediante química de tiol, como se ilustra en los Ejemplos. Si se desea, se pueden añadir dos o más cisteínas al ligador. La química de tiol se conoce bien y se enseña en referencias tales como Hermanson, supra, y Zalipsky, supra.
Una molécula ligadora preferida para la mutagénesis para que contenga una cisteína es ASGGPE (ID SEC Nº 1). En formas de realización preferidas, el péptido ligador se selecciona de los siguientes péptidos, que figuran según el código estándar de una sola letra: ASGCGPE (ID SEC Nº 2), ASGCCGPE (ID SEC Nº 3), ASCGSGCPE (ID SEC Nº 4), ASCGTTGCPE (ID SEC Nº 8), KASGKKYGCK-KGPE (ID SEC Nº 5) y KGGGGCAGGPE (ID SEC Nº 6), siendo los primeros tres de la lista los más preferidos y el primero de la lista el más preferido. Aunque se prefieren los péptidos concretos comentados, las cisteínas se pueden colocar en otras posiciones en el ligador. Por ejemplo, el péptido preferido ASGGPE (ID SEC Nº 1) podría tener las cisteínas introducidas del siguiente modo: CASGGPE (ID SEC Nº 9), ACSGGPE (ID SEC Nº 10), ASCGGPE (ID SEC Nº 11), ASGGCPE (ID SEC Nº 12), ASGGPCE (ID SEC Nº 13) y ASGGPEC (ID SEC Nº 14). En el ligador se puede introducir más de una cisteína, de forma que se puede PEGilar más de un residuo del ligador. Los constructos que emplean estos ligadores se pueden someter a pruebas para determinar su actividad mediante ensayos estándar, como los que se exponen en los ejemplos, para confirmar que la PEGilación no interfiere en la actividad deseada del inmunoconjugado.
IV. Pegilación de la molécula ligadora
En los inmunoconjugados de la invención, la molécula ligadora está PEGilada. En general, cualquier residuo del ligador se puede PEGilar, aunque generalmente es preferible la PEGilación de un residuo distinto al primer y último residuos del ligador (es decir, los residuos unidos de forma covalente directamente a los restos dirigible y efector), ya que es más probable que la PEGilación de estos residuos interfieran en el plegamiento o la actividad de los restos dirigible y efector. Sin embargo, si se desea, estos residuos se pueden PEGilar y se puede probar el inmunoconjugado resultante para determinar su actividad dirigible y efectora, por ejemplo mediante los ensayos de toxicidad de las inmunotoxinas que se ilustran en los Ejemplos.
En la técnica se conocen varios procedimientos para PEGilar moléculas. Típicamente, tales procedimientos emplean PEG derivatizados que permiten el acoplamiento del PEG a proteínas en las condiciones de reacción deseadas. Se conocen numerosos de tales PEG derivatizados, tales como: ésteres N-hidroxisuccinimida (NHS) de ácidos PEG carboxílicos, monometoxi-PEG2-NHS, succinimidiléter de PEG carboximetilado (SCM-PEG), derivados de benzotriazol carbonato de PEG, éteres de glicidilo de PEG, carbonatos de PEG p-nitrofenilo (PEG-NCP, tales como metoxi PEG-NPC), aldehídos de PEG, PEG-ortopiridildisulfuro y PEG carbonildiimidazol activados. Uno de los derivados de PEG más convenientes para bioconjugación es PEG-tiol. El PEG-maleimida se prefiere particularmente para usar en la conjugación de PEG con ligadores peptídicos en las inmunotoxinas de la invención. Todos los derivados de PEG de la lista están comercialmente disponibles a varios pesos moleculares. Véase, por ejemplo, Catalog, Polyethylene Glycol and Derivatives, 2000 (Shearwater Polymers, Inc., Huntsville, AL). Este catálogo también contiene una descripción de la química de la conjugación de cada derivado y referencias a la bibliografía acerca de los protocolos para tales conjugaciones. Si se desea, muchos de los anteriores derivados están disponibles en forma monometoxi-PEG (mPEG) monofuncional. LA PEGilación de moléculas tales como los ligadores peptídicos de los inmunoconjugados de la presente memoria descriptiva se comentan más en, por ejemplo, Hermanson, Bioconjugate Techniques, Academic Press San Diego, CA (1991), capítulo 15 y en Zalipsky y col., "Succinimidyl Carbonates of Polyethylene Glycol", en Dunn y Ottenbrite, eds., Polymeric Drugs and Drug Delivery Systems, American Chemical Society, Washington, D.C. (1991).
De forma conveniente, el PEG se puede unir a una posición escogida en el ligador mediante mutagénesis específica de sitio. Por ejemplo, el ligador se puede someter a técnicas de ingeniería genética para que tenga un residuo de cisteína en la posición deseada, para facilitar la unión del PEG. Un ejemplo de procedimiento para unir el PEG a un ligador mediante química de tiol a una cisteína introducida en un ligador mediante ingeniería genética se expone en los Ejemplos. Sin embargo, se pueden usar otras técnicas químicas de conjugación. Por ejemplo, aunque en los ejemplos se usó PEG-maleimida, la PEG-vinilsulfona y el PEG-ortopiridildisulfuro son PEG activados que se pueden unir a residuos de cisteína, el primero mediante un enlace tioéter y el último mediante un puente disulfuro.
Aunque la conjugación a residuos de cisteína es un procedimiento conveniente por el cual se pueden PEGilar los ligadores, si se desea también se pueden usar otros residuos. La reactividad de las cadenas laterales de los residuos de aminoácidos se conoce bien, véase, por ejemplo, Feeney y col., "Chemical Modification of Proteins: An Overview", en Feeney y Whitaker, eds. Modification of Proteins, American Chemical Society, Washington D.C. (1982) en la Tabla 1. Por ejemplo, se puede usar anhídrido acético para reaccionar con grupos NH_{2} y SH, pero no con grupos COOH, S-S o -SCH_{3}, mientras que el peróxido de hidrógeno se puede usar para reaccionar con grupos -SH y -SCH_{3}, pero no con NH_{2}. Las reacciones se pueden llevar a cabo en las condiciones adecuadas para la conjugación a un residuo deseado en el ligador mediante técnicas químicas que explotan las reactividades establecidas.
Cuando el ligador se prepara mediante química sintética en lugar de con medios recombinantes se pueden explotar químicas adicionales. Por ejemplo, se puede añadir un residuo de lisina al ligador mediante la formación del enlace peptídico usando el grupo epsilon-amino en lugar del habitual grupo \alpha-amino. El grupo \alpha-amino libre de tal lisina se desprotona a un pH inferior al del grupo epsilon-amino libre de las lisinas de la inmunotoxina que están unidas por el grupo \alpha-amino. Mediante el control del pH de las condiciones de reacción, la lisina con el grupo \alpha-amino libre puede reaccionar con PEG sin PEGilar también otras lisinas en el ligador o, si la PEGilación se lleva a cabo después de la incorporación del ligador en la inmunotoxina, con otras lisinas de la inmunotoxina.
En general, el peso molecular (Pm) del PEG añadido al ligador debería variar desde varios cientos de dalton a aproximadamente 100 kD. Se pueden usar PEG de Pm mayor, aunque puede tener como resultado alguna pérdida de rendimiento de la proteína PEGilada. Asimismo se debe vigilar la pureza de las moléculas más grandes de PEG, ya que puede ser difícil obtener PEG de Pm mayor de una pureza tan elevada como la que se puede obtener con los PEG de Pm menor. Es preferible usar PEG con una pureza de al menor 85%, y más preferentemente con una pureza de al menos 90%, una pureza de 95% o mayor. Los PEG de Pm mayor también pueden exhibir características diferentes en términos de unión a la célula diana, translocación (cuando la molécula efectora se internalizará) y, en el caso de inmunotoxina con base de PE, en términos de ribosilación de ADP por la toxina. Estas características pueden variar para los diferentes tipos de tumores (tumores hematológicos frente a carcinomas); se pueden probar con facilidad mediante ensayos estándar, tales como los que se exponen en los ejemplos.
Preferentemente, el Pm del PEG debería variar de aproximadamente 1 kD a aproximadamente 30 kD e incluso más preferentemente de aproximadamente 3 kD a aproximadamente 30 kD. En formas de realización particularmente preferidas, el PM variará de o aproximadamente 5 kD a aproximadamente 20 kD. Varios derivados de PEG están comercialmente disponibles a estos PM. Por ejemplo, el monometiléter de PEG se puede obtener de Shearwater Polymers, Inc. A Pm de 1 kD, 2 kD, 3 kD, 5 kD, 10 kD, 12 kD y 20 kD, mientras que varias formas de propionato de succinimidilo de PEG están disponibles a Pm de 2, kD, 3.400 D, 5 kD y 20 kD. Como se ha mencionado antes, también se pueden usar PEG de Pm más elevados, aunque se prefieren los PEG de hasta 30 kD de Pm simplemente porque se dispone de ellos con más facilidad. Como también se ha mencionado, es posible que los PEG de Pm significativamente superior, por ejemplo los PEG con un Pm por encima de 100 kD, sean tan grandes que interfieran hasta cierto punto en la penetración en el tumor u en toros aspectos de la actividad antitumoral, farmacocinética y otras propiedades de las moléculas. Sin embargo, estos problemas se deben sopesar con el tiempo de residencia más prolongado que tiene el inmunoconjugado PEGilado en el tejido diana. Cualquier PEG concreto se puede probar mediante los ensayos que se exponen en los Ejemplos y otros ensayos conocidos en la técnica para determinar si un inmunoconjugado que incorpora un PEG tiene un perfil de actividad menos deseable que el del mismo inmunoconjugado con jugado con un PEG de menor Pm.
Como debe quedar claro a partir de la anterior descripción, el PEG se añade al ligador como sustituyente en la cadena lateral reactiva de un residuo aminoacídico del ligador.; el PEG no se incorpora como parte interna del polímero ligador. Las moléculas de PEG se pueden conjugar con más de un aminoácido del ligador, especialmente en los ligadores de 20 aminoácidos o más. En general es deseable tener algo de distancia a lo largo de la longitud de la molécula ligadora entre los residuos a los que el PEG está unido; un espaciamiento de cinco residuos suele ser aceptable. Por lo general no es deseable PEGilar más de cuatro residuos de un ligador sencillo.
Deberán realizarse pruebas sobre los inmunoconjugados con OPEG conjugados a más de dos residuos (por ejemplo, mediante los ensayos que se exponen a continuación) para confirmar que retienen una actividad satisfactoria. En general, si el inmunoconjugado pierde más del 25% de su actividad en comparación con un inmunoconjugado similar con sólo un residuo ligador conjugado con una molécula de PEG (por ejemplo, si una inmunotoxina pierde más del 25% de su actividad antitumoral), el número de residuos del inmunoconjugado conjugado al PEG debería reducirse.
V. Producción de inmunoconjugados
Los inmunoconjugados incluyen, aunque no se limita a ellos, moléculas en las que hay un enlace covalente entre un agente terapéutico y un anticuerpo. Un agente terapéutico es un agente con una actividad biológica concreta dirigida contra una molécula diana particular o una célula que lleva una molécula diana. Un experto en la técnica apreciará que los agentes terapéuticos pueden incluir diversos fármacos tales como vinblastina, daunomicina y similares, citotoxinas tales como exotoxina de Pseudomonas o la toxina diftérica, nativas o modificadas, agentes de encapsulación (por ejemplo, liposomas) que ellos mismos contienen composiciones farmacéuticas, agentes radioactivos tales como ^{125}I, ^{32}P, ^{14}C, ^{3}H y ^{35}S y otros marcadores, restos diana y ligandos.
La elección de un agente terapéutico concreto depende de la molécula o célula diana concreta y del efecto que se desea provocar. Por tanto, por ejemplo, el agente terapéutico puede ser una citotoxina que se usa para producir la muerte de una célula diana concreta. Por el contrario, cuando se desea simplemente provocar una respuesta no letal, el agente terapéutico se puede conjugar con un agente farmacológico no letal o un liposoma que contenga un agente farmacológico no letal.
Con los agentes terapéuticos y anticuerpos que se proporcionan en la presente memoria descriptiva, un experto puede construir con facilidad una variedad de clones que contengan ácidos nucleicos funcionalmente equivalentes, tales como ácidos nucleicos que difieren en la secuencia pero que codifican la misma molécula efectora (ME) o secuencia de anticuerpo. Por tanto, la presente invención proporciona ácidos nucleicos que codifican anticuerpos y conjugados y proteínas de fusión de los mismos.
A. Procedimientos recombinantes
Las secuencias de ácidos nucleicos que codifican inmunoconjugados de la presente invención se pueden preparar mediante cualquier procedimiento adecuado, incluidos, por ejemplo, la clonación de secuencias adecuadas o mediante síntesis química directa a través de procedimientos tales como el procedimiento del fosfotriéster de Narang y col., Meth. Enzymol. 68: 90-99 (1979); el procedimiento del fosfodiéster de Borwn y col., Meth. Enzymol. 68: 109-151 (1979); el procedimiento de dietilfosforoamidita de Beaucage y col., Tetra. Lett. 22: 1859-1862 (1981); el procedimiento de triéster de fosforoamidita en fase sólida descrito por de Beaucage y Caruthers., Tetra. Letts. 22(20): 1859-1862 (1981), por ejemplo, usando un sintetizador automáticos como se describe en, por ejemplo, Needham-VanDevanter y col., Nucl. Acids Res. 12: 6159-6168 (1984); y el procedimiento en soporte sólido de la patente de EE.UU. nº 4.458.066. La síntesis química produce un oligonucleótido monocatenario. Este puede convertirse en ADN bicatenario mediante hibridación con una secuencia complementaria o mediante polimerización con una ADN polimerasa usando la cadena sencilla como molde. Un experto reconocerá que aunque la síntesis química de ADN está limitada a las secuencias de aproximadamente 100 bases, se pueden obtener secuencias más largas mediante la unión de secuencias más cortas.
En una forma de realización preferida, las secuencias de ácidos nucleicos que codifican inmunoconjugados se preparan mediante técnicas de clonación. En Sambrook y col., MOLECULAR CLONING: A LABORATORY MANUAL (2ª ED.), volúmenes 1-3, Cold Spring Harbor Laboratory (1989), Berger y Kimmel (eds.), GUIDE TO MOLECULAR CLONING TECHNIQUES, Academic Press, Inc., San Diego, CA (1987)) o Ausubel, y col. (eds.), CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY, Greene Publishing y Wiley-Interscience, NY (1987) se encuentran ejemplos de técnicas de clonación y de secuenciación adecuadas, y bastantes instrucciones como para dirigir a expertos a través de muchos ejercicios de clonación. La información del producto suministrada por los fabricantes de los reactivos biológicos y equipo experimental también proporcionan información útil. Tales fabricantes incluyen SIGMA Chemical Company (San Luis, MO), R&D Systems (Mineápolis, MN), Pharmacia LKB Biotechnology (Piscataway, NJ), CLONTECH Laboratories, Inc. (Palo Alto, CA); Chem Genes Corp., Aldrich Chemical Company (Milwakee, WI), Glen Research, Inc., GIBCO BRL Life Technologies, Inc. (Gaithersberg, MD); Fluka Chemica-Biochemika Analytika (Fluka Chemie AG, Buchs, Suiza); Invitrogen, San Diego, CA y Applied Biosystems (Foster City, CA), así como muchas otras fuentes comerciales conocidas para el experto.
Los ácidos nucleicos que codifican la proteína nativa ME, los péptidos ligadores o los anticuerpos se `pueden modificar para formar ME, péptidos ligadores, anticuerpos o inmunoconjugados en los que el resto dirigible está unido mediante el ligador a la ME. La modificación mediante mutagénesis dirigida a sitio se conoce bien en la técnica. Los ácidos nucleicos que codifican la proteína ME o los anticuerpos se pueden amplificar mediante procedimientos in vitro. Entre los procedimientos de amplificación se incluyen la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), la reacción en cadena de la ligasa (LCR), el sistema de amplificación según la transcripción (TAS), el sistema de replicación de secuencia autosostenido (3SR). Los expertos conocerán bien una amplia variedad de procedimientos de clonación, células huésped y metodologías de amplificación in vitro.
En una forma de realización preferida, los inmunoconjugados se preparan mediante la inserción de ADNc que codifica un anticuerpo anti-TacscFv en un vector que comprende al ADNc que codifica la ME y ADNc que codifica un ligador. La inserción se realiza de forma que el scFv, el ligador y la SE ME lean en un marco de lectura, que estén en un polipéptido continuo que contiene una región Fv funcional, el ligador y una región ME funcional.
Una vez que se han aislado y clonado los ácidos nucleicos que codifican una ME, un anticuerpo o un inmunoconjugado de la presente invención, se puede expresar la proteína deseada en una célula sometida a ingeniería recombinante tal como bacterias, células vegetales, levaduras, células de insectos y células de mamíferos. Cabe esperar que los expertos en la técnica conozcan los numerosos sistemas de expresión disponibles para la expresión de proteínas, incluidas E. coli, otros huéspedes bacterianos, levaduras y varias células eucarióticas superiores tales como las líneas celulares COS, CHO, HeLa y de mieloma. Brevemente, la expresión de ácidos nucleicos naturales o sintéticos que codifican proteínas de la invención aisladas se conseguirá típicamente mediante la unión operable del ADN o ADNc con un promotor (que es constitutivo o inducible), seguido por la incorporación en un casete de expresión. Los casetes pueden ser adecuados para la replicación y la integración en células eucariotas o procariotas. Los casetes de expresión típicos contienen terminadores de la transcripción y de la traducción, secuencias de iniciación y promotores útiles para la regulación de la expresión de ADN codificador de la proteína. Ara obtener un nivel elevado de expresión de un gen clonado, es deseable construir casetes de expresión que contengan, como mínimo, un promotor fuerte para dirigir la transcripción, un sitio de un ión a ribosoma para la iniciación de la traducción y un terminador de la transcripción/traducción. Para E. coli, esto incluye un promotor tal como los promotores T7, trp, lac o lambda, un sitio de unión a ribosoma y preferentemente una señal de la terminación de la transcripción. Para células eucariotas, las secuencias control pueden incluir un promotor y preferentemente un intensificador derivado de los genes de inmunoglobulina, SV40, citomegalovirus, y una secuencia de poliadenilación, y puede incluir secuencias de acepción y donación de sitios de corte y empalme. Los casetes de la invención pueden transferirse al interior de una célula seleccionada mediante procedimientos bien conocidos tales como transformación con cloruro cálcico o electroporación para E. coli y tratamiento con fosfato cálcico, electroporación o lipofección para células de mamífero. Las células transformadas con los casetes se pueden seleccionar con resistencias a antibióticos conferidas por los genes contenidos en los casetes, tales como los genes amp, gpt, neo e hyg.
Un experto reconocerá que se pueden realizar modificaciones a un ácido nucleico que codifica un polipéptido de la presente invención (ed decir, anticuerpo anti-Tac, PE o un inmunoconjugado formado a partir de su combinación) sin disminuir su actividad biológica. Se puede realizar algunas modificaciones para facilitar la clonación, la expresión o la incorporación de la molécula dirigible en una proteína de fusión. Tales modificaciones son bien conocidas para los expertos en la técnica e incluyen, por ejemplo, codones de terminación, una metionina añadida en el extremo amino para proporcionar un sitio de iniciación, aminoácidos adicionales colocados en cualquiera de los extremos para crea sitios de restricción localizados de forma conveniente, o aminoácidos adicionales (tales como poliHis) para ayudar en las etapas de purificación.
Además de los procedimientos recombinantes, los inmunoconjugados, la ME y los anticuerpos u otros ligandos también se pueden construir del todo o en parte mediante síntesis peptídica estándar. La síntesis en fase sólida de los polipéptidos de la presente invención de longitud menor de 50 aminoácidos puede llevarse a cabo mediante la unión del aminoácido del extremo C de la secuencia a un soporte insoluble, seguido por la adición secuencial de los aminoácidos restantes en la secuencia. En Barany & Merrifield, THE PEPTIDES ANALYSIS, SYNTHESIS, BIOLOGY. VOL. 2: SPECIAL METHODS IN PEPTIDE SYNTHESIS, PARTE A. Páginas 3-284; Merrifield y col., J. Am. Chem. Soc. 85: 2149-2156 (1963) y Stewart y col., SOLID PHASE PEPTIDE SYNTHESIS, 2ª ED., Pierce Chem. Co., Rockford, III (1984) se describen técnicas de síntesis en fase sólida. Las proteínas de una longitud mayor se pueden sintetizar mediante condensación de los extremos amino y carbonilo de los fragmentos más cortos. Los expertos conocen procedimientos para formar enlaces peptídicos mediante activación de un extremo carbonilo (por ejemplo, mediante el uso del reactivo de acoplamiento N,N'-diciclohexilcarbodiimida).
B. Purificación
Una vez que se han expresado, los inmunoconjugados recombinantes, los anticuerpos, las moléculas efectoras y las moléculas ligadoras de la presente invención se pueden purificar según procedimientos estándar en la técnica, incluidos precipitación en sulfato amónico, columnas de afinidad, cromatografía en columna y similares (véase, en general, R. Scopes, PROTEIN PURIFICATION, Springer-Verlag, NY (1982)). Se prefieren las composiciones sustancialmente puras de al menos una homogeneidad de aproximadamente 90-95% y es más preferible una homogeneidad del 98 al 99% o más para usos farmacéuticos. Una vez purificados, parcialmente o hasta la homogeneidad, según se desee, si se van a usar terapéuticamente, los polipéptidos deberán estar sustancialmente libres de endotoxina.
Se han descrito procedimientos para la expresión de anticuerpos monocatenarios y/o que se repliegan hasta una forma activa adecuada, incluidos anticuerpos monocatenarios, de bacterias tales como E. coli, y se conocen bien y son aplicables a los anticuerpos de esta invención. Véase, Buchner y col., Anal. Biochem. 205: 263-270 (1992); Pluckthun, Biotechnology 9: 545 (1991); Huse y col., Science 246: 1275 (1989) y Ward y col., Nature 341: 544 (1989), todas ellas incorporadas en la presente memoria descriptiva como referencia.
A menudos se aíslan de cuerpos de inclusión proteínas heterólogas funcionales de E. coli o de otras bacterias y requieren solubilización con desnaturalizantes fuertes y el posterior replegamiento. Durante la etapa de solubilización, como se conoce bien en la técnica, debe estar presente un agente reductor para separar los puentes disulfuro. Un tampón de ejemplo con un agente reductor es: Tris 0,1M pH 8, guanidina 6M, EDTA 2 mM, DTE (ditioeritritol) 0,3M. Se puede producir reoxidación de los puentes disulfuro en presencia de reactivos tiol de bajo peso molecular en forma reducida y oxidada, como se describe en Saxena y col., Biochemistry 9: 5015-5021 (1970), incorporado en la presente memoria descriptiva como referencia, y especialmente cono se describe en Buchner y col., supra.
La renaturalización se lleva a cabo típicamente mediante dilución (por ejemplo a 100) de la proteína desnaturalizada y reducida en tampón de replegamiento. Un tampón de ejemplo es Tris 0,1M, pH 8,0, L-arginina 0,5M, glutation oxidado 8 mM (GSSG) y EDTA 2 mM.
Como una modificación del protocolo de purificación de anticuerpos bicatenarios, las regiones de las cadenas ligera y pesada se solubilizan por separado y se reducen y después se combinan en la solución de replegamiento. Un rendimiento preferido se obtiene cuando estas dos proteínas se mezclan en una proporción molar tal que se produce un exceso molar no superior a cinco veces una de las proteínas sobre la otra. Es deseable añadir a la solución de replegamiento un exceso del glutation oxidado o de otros compuestos oxidantes de bajo peso molecular tras completa la reacción redox.
VI. Inmunotoxinas
En un aspecto de la invención, los inmunoconjugados son inmunotoxinas. Entre los ejemplos de toxinas se incluyen, ricino, abrina, toxina diftérica y subunidades de la misma, saponina, gelonina, proteína inactivadora de ribosomas, así como las toxinas botulínica A a F. Estas toxinas están disponibles con facilidad en fuentes comerciales (por ejemplo, Sigma Chemical Company, San Luis, MO). La toxina diftérica se aísla de Corynebacterium diphteriae. El ricino es la lectina RCA60 de Ricinus communis (judía de ricino). El término también hace referencia a variantes tóxicas del mismo, tales como las que se describen en las patentes de EE.UU. nº 5.079.163 y 4.689.401. Ricinus communis agglutinin (RCA) se produce en dos formas designadas RCA_{60} y RCA_{120} según sus pesos moleculares de aproximadamente 65 y 120 kD, respectivamente. (Nicholson & Blaustein, J. Biochem. Biophys. Acta 266: 543 (1972)). La cadena A es responsable de la inhibición de la síntesis de proteínas y de la muerte celular. La cadena B une el ricino a residuos de galactosa de la superficie celular y facilita el transporte de la cadena A en el citosol (Olsnes y col., Nature 249: 627-631 (1974) y la patente de EE.UU. nº 3.060.165).
La abrina incluye lectinas óxicas de Abrus precatorius. Los principios tóxicos, abrina a, b, c y d tienen un peso molecular de aproximadamente 63 y 67 kD y están compuestos por dos cadenas polipeptídicas, A y B, unidas por puentes disulfuro. La cadena A inhibe la síntesis de proteínas; la cadena B (Abrina b) se une a los residuos de D.-galactosa (véase Funatsu y col., Agr. Biol. Chem. 52: 1095 (1988) y Olsnes, Methods Enzymol. 50: 330-335 (1978)).
En formas de realización preferidas de la presente invención, la toxina es exotoxina (PE) de Pseudomonas. El término "exotoxina de Pseudomonas", como se usa en la presente memoria descriptiva, se refiere a una PE nativa de longitud completa (natural) o a una PE que se ha modificado. Tales modificaciones pueden incluir, aunque no se limitan a ellas, la eliminación de un dominio Ia, varias deleciones de aminoácidos en los dominios Ib, II y III, sustituciones puntuales de aminoácidos y la adición de una o más secuencias en el extremo carbonilo, tales como KDEL (ID SEC Nº 17) y REDL (ID SEC Nº 16). Véase, por ejemplo, Siegall y col., J. Biol. Chem. 264: 14256-14261 (1989). En una forma de realización preferida, el fragmento citotóxico de la PE retiene al menor un 50%, preferentemente un 75%, más preferentemente al menos un 90% y más preferentemente un 95% de la citotoxicidad de la PE nativa. En formas de realización particularmente preferidas, el fragmento citotóxico es más tóxico que la PE nativa.
La exotoxina A de Pseudomonas nativa (PE) es una proteína monomérica extremadamente activa (peso molécula de 66 kD) secretada por Pseudomonas aeruginosa, que inhibe la síntesis de proteínas en células eucarióticas., LA secuencia de la PE nativa se proporciona en la patente de EE.UU. de asignación común nº 5.602.095, que se incorpora en la presente memoria descriptiva como referencia. El procedimiento de acción es la inactivación de la ribosilación del ADP del factor de elongación 2 (EF-2). La exotoxina contiene tres dominios estructurales que actúan en concierto para producir citotoxicidad. El dominio Ia (aminoácidos 1-252) media la unión celular. El dominio II (aminoácidos 253-364) es responsable de la translocación en el citosol y el dominio III (aminoácidos 400-613) media la ribosilación del ADP del factor de elongación 2. La función del dominio Ib (aminoácidos 365-399) todavía no está definida, aunque gran parte de él, los aminoácidos 365 a 380, se pueden delecionar sin que se produzca ninguna pérdida de citotoxicidad. Véase Siegal y col., (1989), supra.
La PE empleada en la presente invención incluye la secuencia nativa, los fragmentos citotóxicos de la secuencia nativa y las variantes de la PE nativa modificadas de forma conservadora y sus fragmentos citotóxicos. Los fragmentos citotóxicos de la PE incluyen aquéllos que son citotóxicos con o sin la posterior proteolisis u otro procesamiento en la célula diana (por ejemplo, una proteína o preproteína). Los fragmentos citotóxicos de la PE incluyen PE40, PE38 y PE35.
En formas de realización preferidas, la PE se ha modificado para reducir o eliminar la unión celular inespecífica, con frecuencia mediante la deleción del dominio Ia, como se enseña en la patente de EE.UU. nº 4.892.827, aunque esto también se puede conseguir, por ejemplo, mediante la mutación de ciertos residuos del dominio Ia. Por ejemplo, la patente de EE.UU. nº 5.512.658 describe que una PE mutada en el que está presente el dominio Ia pero en la que los residuos básicos del dominio Ia en las posiciones 57, 246, 247 y 249 se sustituyen con residuos ácidos (ácido glutámico o "E") exhiben una citotoxicidad inespecífica muy disminuida. Esta forma mutante de la PE en ocasiones se denomina PE4E.
La PE40E es un derivado truncado de la PE como se ha descrito antes en la técnica. Véase Pai y col. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 3358-62 (1991) y Kondo y col., J. Biol. Chem. 263: 9470-9475 (1988). La PE 35 es un fragmentocarboxi terminal de 35 kD de la PE en el que los residuos aminoacídicos 1-279 se han delecionado y la molécula comienza con una metionina en la posición 280 seguida por los aminoácidos 281-364 y 381-613 de la PE nativa. La PE35 y la PE40 se describen, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. nº 5.602.095 y 4.892.827.
En las formas de realización más preferidas, el fragmento citotóxico es PE38. La PE38 es una proproteína PE truncada compuesta por los aminoácidos 253-364 y 381-613 que se activa a su forma citotóxica tras el procesamiento en una célula (véase, por ejemplo, la patente de EE.UU. nº 5.608.039 y Pastan y col., Biochim. Biophys. Acta 1333: C1-C6 (1997)).
Como se ha indicado anteriormente, parte o todo el dominio Ib puede delecionarse y las posiciones restantes se pueden unir con un ligador o directamente mediante un enlace peptídico. Parte de la porción amino del dominio II puede delecionarse. El extremo C puede contener la secuencia nativa de los residuos 609-613 (REDLK) (ID SEC Nº 15) o puede contener una variación de la que se ha descubierto que mantiene la capacidad del constructo para su translocación en el citosol, tal como REDL (ID SEC Nº 16) o KDEL (ID SEC Nº 17) y repeticiones de estas secuencias. Véase, por ejemplo, las patentes de EE.UU. 5.854.044; 5.821.238 y 5.602.095 y WO 99/51643. Aunque en formas de realización preferidas, la PE es PE4E, PE40 o PE38, en las inmunotoxinas de la presente invención se puede usar cualquier forma de PE en la que la citotoxicidad inespecífica se haya eliminado o reducido hasta niveles en los que no se produce toxicidad significativa contra células que no son diana, siempre que permanezca capaz de translocar y ribosilar el EF-2 en una célula diana.
A. Variantes de PE modificadas de modo conservador
Las variantes de PE modificadas de modo conservador o fragmentos citotóxicos de las mismas tienen una similitud de secuencia de al menos un 80%, preferentemente una similitud de secuencia de al menos un 85%, más preferentemente una similitud de secuencia de al menos un 90% y más preferentemente una similitud de secuencia de al menos un 95% a nivel de los aminoácidos, con la PE de interés, tal como PE38.
El término "variantes modificadas de modo conservador" se aplica a secuencias de aminoácidos y de ácidos nucleicos. Con relación a secuencias de ácidos nucleicos concretas, las variantes modificadas de modo conservador se refieren a las secuencias de ácidos nucleicos que codifican secuencias aminoacídicas idénticas o esencialmente idénticas, o, si el ácido nucleico no codifica una secuencia de aminoácidos, a secuencias de ácidos nucleicos esencialmente idénticas. A causa de la degeneración del código genético, un gran número de ácidos nucleicos funcionalmente idénticos codifican cualquier polipéptido dado. Por ejemplo, los codones GCA, GCC, GCG y GCU codifican el aminoácido alanina. Por tanto, en cada posición en la un codón especifique alanina, el codón se puede alterar a cualquiera de los codones correspondientes descritos si que se altere el polipéptido codificado. Tales variaciones de ácidos nucleicos son "variaciones silentes", que son una especie e variaciones modificadas de modo conservador. Cada secuencia de ácido nucleico en la presente memoria descriptiva que codifica un polipéptido también describe cada posible variación silente del ácido nucleico. Un experto reconocerá que cada codón en un ácido nucleico (a excepción de AUG, que por lo general es el único codón para metionina) se puede modificar para dar una molécula funcionalmente idéntica. En consecuencia, cada variación silente de un ácido nucleico que codifica un polipéptido está implícita en cada secuencia descrita.
Con relación a las secuencias de aminoácidos, un experto reconocerá que sustituciones, deleciones o adiciones individuales en una secuencia de ácido nucleico, peptídica, polipeptídica o proteica que altera, añade o deleciona un único aminoácido o un pequeño porcentaje de aminoácidos en la secuencia codificada en una "variante modificada de modo conservador", en la que la alteración tiene como resultado la sustitución de un aminoácido con un aminoácido químicamente similar.
B. Ensayo para determinar la citotoxicidad de la PE
Las exotoxinas de Pseudomonas que se emplean en la invención se pueden analizar para determinar el nivel deseado de citotoxicidad mediante ensayos bien conocidos para los expertos en la técnica. En la técnica se conocen bien los ejemplos de ensayos de toxicidad. Por tanto, los fragmentos citotóxicos de la PE y las variantes modificadas de modo conservador de tales fragmentos se pueden analizar con facilidad para determinar la citotoxicidad. Un gran número de moléculas de PE candidatas se pueden analizar de forma simultánea para determinar la citotoxicidad mediante procedimientos conocidos en la técnica. Por ejemplo, subgrupos de las moléculas candidatas se pueden analizar para determinar la citotoxicidad. Los subgrupos con reacciones positivas de las moléculas candidatas se pueden subdividir de forma continua y volver a analizar hasta que se identifiquen el o los fragmentos citotóxicos deseados. Tales procedimientos permiten una rápida selección de muchos fragmentos citotóxicos o variantes conservadoras de PE.
C. Conjugación de restos dirigibles y toxinas
El resto tóxico y el anticuerpo se pueden conjugar por medios químicos o recombinantes (véase, Rybak y col., (1995) Tumor Targeting 1:141). En las inmunotoxinas de la invención, los restos dirigibles y de toxina se conectan a través de una molécula ligadora, que por lo general es un péptido corto. Entre las modificaciones químicas se incluyen, por ejemplo, derivatización con el propósito de unir los restos al ligador, mediante procedimientos bien conocidos en la técnica de la química proteica. Los medios adecuados para unir el resto tóxico y el resto de reconocimiento al ligador comprende un reactivo de acoplamiento heterobifuncional que en último término contribuye a la formación de un puente disulfuro intermolecular entre los restos y el ligador. Otros tipos de reactivos de acoplamiento que son útiles en esta capacidad apara la presente invención se describen, por ejemplo, en la patente de EE.UU. nº 4.545.985. Como alternativa, un puente disulfuro intermolecular puede formarse de forma conveniente entre las cisteínas de cada resto que se producen de forma natural o que se insertan mediante ingeniería genética. Los medios para unir los restos pueden también usar enlaces tioéter entre reactivos de sobrecruzamiento heterobifuncionales o ligadores específicos escindibles a pH bajo o ligadores escindibles por proteasas específicas u otros enlaces químicos escindibles o no escindibles. Los medios para unir restos de unión de las inmunotoxinas también pueden comprender un enlace peptidilo formado entre restos que se sintetizan por separado mediante procedimientos químicos de síntesis peptídica estándar o medios recombinantes.
Posibles modificaciones mediante ingeniería genética de las diferentes proteínas o porciones de las inmunotoxinas incluyen la combinación de los dominios funcionales relevantes de cada uno en una proteína sintética multifuncional de cadena sencilla que se expresa de un único gen derivado de técnicas de ADN recombinante (véase, por ejemplo, la solicitud de PCT publicada WO/88/09344). Además, las técnicas de ADN recombinante se pueden usar para unir la toxina recombinante y el anticuerpo al ligador. En consecuencia, la inmunotoxina puede comprender una proteína condensada que comienza en un extremo con la toxina y termina en el otro extremo con el anticuerpo.
Los procedimientos para producir proteínas de fusión recombinantes son bien conocidos para el experto en la técnica. Por tanto, por ejemplo, en Chaudhary y col., (1989) Nature 339:394; Batra y col., (1990) J. Biol. Chem. 265: 15198; Batra y col., (1989) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 1066 se describe la preparación de varias proteínas de fusión anticuerpo-toxina de cadena sencilla.
En general, la producción de proteínas de fusión de inmunotoxinas implica la preparación por separado a ADN que codifica el anticuerpo, el fragmento de anticuerpo (por ejemplo, la Fv de las cadenas pesada y ligera) o el ligando, el ADN que codifica el ligador y el ADN que codifica la toxina que se va a usar. A continuación, las secuencias se combinan en un plásmido u otro vector para formar un constructo que codifica la proteína quimérica concreta deseada. Un enfoque más simple implica la inserción del ADN que codifica el fragmento de anticuerpo concreto (por ejemplo, la región Fv) o el ligando en un constructo que ya codifica la toxina deseada y el ligador.
Por tanto, por ejemplo, el ADN que codifica inmunotoxinas anticuerpo anti-Tac/toxina se prepara con más facilidad mediante la inserción del ADN que codifica las cadenas V_{H} y V_{L} del anticuerpo (región Fv) en constructos que ya contienen ADN que codifica la toxina y el ligador deseados, o al contrario. La secuencia de ADN que codifica la región Fv se inserta en el constructo usando técnicas bien conocidas para el experto en la técnica.
Se han usado células de mamífero para expresar y secretar moléculas híbridas tales como anticuerpo-citoquinas (Hoogenboom y col., (1991) Biochem. Biophys. Acta 1096: 345; Hoogenboom y col., (1991) Mol. Immunol. 28:1027) y anticuerpo-enzima (Casadei y col., (1990) Proc. Natl. Acd. Sci. USA. 87: 2047; Williams y col., (1986) Gene 43: 319). En parte, la inmunogenicidad de las proteínas extrañas se debe a patrones de glucosilación incorrecta presentes en las proteínas recombinantes. Por tanto, se prefieren líneas de células eucarióticas en lugar de procarióticas, ya que las proteínas expresadas están glicosiladas. Particularmente preferidas son las líneas celulares derivadas de seres humanos ya que estas células incorporan un ácido siálico como glucósido terminal. Se han usado líneas celulares tales cono las de hámster CHO y BHK, así como la línea de fibroblastos humanos HEK-293 para expresar proteínas humanas recombinantes.
Otras modificaciones realizadas por ingeniería genética de los restos proteicos de las inmunotoxinas de esta invención incluyen deleciones de dominios funcionalmente innecesarios para reducir el tamaño de la proteína o para modificar otros parámetros que facilitan la producción o la utilidad, tales como cambios de secuencia que afecten a la solubilidad (por ejemplo cisteína por serina) o a los sitios de glicosilación. Un experto en la técnica apreciará que muchas modificaciones genéticas y químicas adicionales bien conocidas de las proteínas pueden aplicarse de forma ventajosa a cualquier proteína.
Inmunotoxinas preferidas de la presente invención son proteínas quiméricas que contienen como resto tóxico una exotoxina de Pseudomonas (PE) modificada para reducir o eliminar la unión celular inespecífica. En una forma de realización particularmente preferida, el resto tóxico es una forma truncada de la PE con un Pm de 38 Kd (PE38) que tiene una deleción en su dominio de unión a la célula unido a través de un péptido corto a un fragmento Fv del anticuerpo monoclonal Tac antihumano que se une a la subunidad \alpha del receptor de IL-2. La construcción de este enlace único de la proteína de fusión entre la toxina y el anticuerpo elimina la heterogeneidad de los conjugados proteico anticuerpo/toxina químicamente unidos. Se cree que esto puede contribuir al aumento de la potencia y la disminución de la inmunogenicidad de la inmunotoxina. En formas de realización especialmente preferidas, la porción Fv del anticuerpo antiTac está unida a la PE38 a través de un péptido conector que tiene la secuencia ASGGPE.
La invención incluye constructos de ácido nucleico que codifican las nuevas proteínas descritas en la presente. Un constructo de ácido nucleico es uno que, cuando se incorpora en un vector adecuado, es capaz de replicarse en un huésped. Los constructos pueden unirse a otras secuencias capaces de afectar a la expresión del constructo, tales como promotores e intensificadores.
D. Usos de las inmunotoxinas
Las inmunotoxinas de la presente invención se pueden usar para la inhibición selectiva o la muerte de células hacia las que las inmunotoxinas están dirigidas por la molécula dirigible mediante el contacto de las células con la inmunotoxina. Este procedimiento se basa de la selección adecuada de un anticuerpo o un ligando que se une a marcadores en la superficie de la célula que se encuentran específica o predominantemente en el tipo de células que se va a matar de forma selectiva. Por ejemplo, las inmunotoxinas de esta invención incluyen aquéllas que comprenden un anticuerpo que se une a la subunidad \alpha del receptor de IL-2 (CD25). En una forma de realización preferida, las inmunotoxinas de la invención se usan para matar o inhibir el crecimiento de células CD25+ de neoplasias malignas hematológicas, incluidas, por ejemplo, la leucemia de células pilosas (HCL), el linfoma cutáneo de células T, la leucemia linfocítica crónica, la enfermedad de Hodgkin y la leucemia de células T de adultos. Las inmunotoxinas se pueden añadir, por ejemplo, a cultivos celulares para purgar el cultivo de células de neoplasias malignas CD25+ o para inhibir el crecimiento de tales células en el cultivo. Las inmunotoxinas también se pueden usar in vivo para inhibir el crecimiento de células malignas en un organismo.
VII. Inmunoconjugados distintos a las inmunotoxinas
Además de las inmunotoxinas, la presente invención proporciona otros inmunoconjugados con una estabilidad mayor y una inmunogenicidad menor que las disponibles anteriormente. Por tanto, un anticuerpo puede unirse a través de un ligador a un agente terapéutico o a un marcador que se va a liberar directamente en las células que llevan el antígeno reconocido específicamente por el anticuerpo. Entre los agentes terapéuticos se incluyen compuestos tales como ácidos nucleicos, proteínas, péptidos, aminoácidos o derivados, glicoproteínas, radioisótopos, lípidos, hidratos de carbono o virus recombinantes. Restos diagnósticos y terapéuticos de ácido nucleico incluyen ácidos nucleicos antisentido, oligonucleótidos derivatizados para sobrecruzamiento covalente con ADN mono o bicatenario y oligonucleótidos formadores de triplex.
Como alternativa, la molécula unida a un anticuerpo u otro resto dirigible puede estar en un sistema de encapsulación como un liposoma o una micela que contenga una composición terapéutica tal como un fármaco, un ácido nucleico (por ejemplo, un ácido nucleico antisentido) u otro resto terapéutico que preferentemente se protege de la exposición directa al sistema circulatorio. Los expertos en la técnica conocen bien los medios para preparar liposomas unidos a anticuerpos. Véase, por ejemplo, la patente de EE.UU. n1 4.957.735 y Connor y col., Pharm. Ther. 28: 341-365 (1985).
A. Marcadores detectables
Los anticuerpos u otros ligandos opcionalmente pueden unirse de forma covalente o no covalente a un marcador detectable. Los marcadores detectables adecuados para tal uso incluyen cualquier composición detectable por medios espectroscópicos, fotoquímicos, bioquímicos, inmunoquímicos, eléctricos, ópticos o químicos. Entre los marcadores útiles en la presente invención se incluyen perlas magnéticas (por ejemplo, DYNABEADS), pigmentos fluorescentes (por ejemplo, isotiocianato de fluoresceína, rojo Texas, rodamina, proteína verde fluorescente y similares), marcadores radiactivos (por ejemplo, ^{3}H, ^{125}I, ^{35}S, ^{14}C o ^{32}P), enzimas (por ejemplo, peroxidasa de rábano, fosfatasa alcalina y otras de uso habitual en un ELISA) y marcadores colorimétricos tales como oro coloidal o cristal coloreado o perlas plásticas (por ejemplo, poliestireno, polipropileno, látex, etc.). los quelatos metálicos se pueden unir a los anticuerpos o a otros restos dirigibles mediante procedimientos bien conocidos en la técnica. Véase, por ejemplo, Robert B. y col., Cancer Res., 56: 47584765 (1996). Por ejemplo, se han desarrollado anticuerpos biespecíficos que se pueden unir a tumores y a quelatos metálicos (Stickney D., y col., Cancer. Res. 51 (24): 6650-5 (1991); Rouvier, R. y col., Horm. Res. 47 (4-6): 163-167 (1997). Estos quelatos pueden contener isótopos radiactivos tales como 111Indio, para visualizar o matar las células. Las técnicas conocidas en la técnica se pueden aplicar a la presente invención mediante, por ejemplo, el uso como molécula ligadora de un anticuerpo biespecífico para el quelato y para el resto dirigible del inmunoconjugado. En este caso, el anticuerpo biespecífico se puede someter a ingeniería genética para Pegilación, por ejemplo mediante la introducción por ingeniería genética de una cisteína expuesta en la superficie de la región estructural del anticuerpo.
Los expertos en la técnica conocen bien los medios para detectar tales marcadores. Por tanto, por ejemplo, se pueden detectar marcadores radiactivos usando películas fotográficas o contadores de centelleo, los marcadores fluorescentes pueden detectarse con un fotodetector que detecte la iluminación emitida. Los marcadores enzimáticos típicamente se detectan proporcionando a la enzima el sustrato y mediante la detección del producto de reacción producido por la acción de la enzima sobre el sustrato, y los marcadores colorimétricos se detentan simplemente visualizando el marcador coloreado.
B. Conjugación al anticuerpo con otra molécula dirigible
En una forma de realización no recombinante de la invención, las moléculas efectoras, por ejemplo restos terapéuticos, diagnósticos o de detección, se unen a la molécula dirigible a través de una molécula ligadora usando cualquier número de medios conocidos para los expertos en la técnica. Se pueden usar medios de unión covalente o no covalente.
El procedimiento para la unión de una molécula efectora a un ligador variará según la estructura química de la ME. Los polipéptidos típicamente contienen una variedad de grupos funcionales, por ejemplo grupos de ácido carboxílico (COOH), amina libre (-NH2) o sulfhidrilo (-SH), que están disponibles para la reacción con un grupo funcional adecuado en un péptido.
Como alternativa, el anticuerpo se derivatiza para exponer o unir grupos funcionales reactivos adicionales. La derivatización puede implicar la unión de cualquier número de moléculas tales como las disponibles en Pierce Chemical Company, Rockford, Illinois, para permitir que se produzcan tales conjugaciones.
En algunas circunstancias es deseable liberar la molécula efectora de la molécula dirigible cuando el inmunoconjugado ha alcanzado su sitio diana. Por tanto, en estas circunstancias, los inmunoconjugados comprenderán enlaces escindibles en las proximidades del sitio diana. La escisión del ligador para liberar la molécula efectora de la molécula ligadora puede estimularse mediante actividad enzimática o condiciones a las que el inmunoconjugado está sujeto dentro de la célula diana o en la proximidad del sitio diana. Cuando el sitio diana es un tumor se puede usar un ligador que sea escindible en las condiciones existentes en el sitio del tumor (por ejemplo, cuando está expuesto a enzimas asociadas a un tumor o un pH ácido).
En vista del gran número de procedimientos que se han publicado para unir una variedad de compuestos de radiodiagnóstico, compuestos radioterapéuticos, fármacos, toxinas y otros agentes a anticuerpos, un experto en la técnica será capaz de determinar un procedimiento adecuado para unir un agente dado a un anticuerpo u otro polipéptido.
VIII. Composiciones farmacéuticas y administración
La presente invención también se refiere a composiciones que comprenden los inmunoconjugados de la presente invención en un vehículo farmacéuticamente aceptable. En aplicaciones terapéuticas, las composiciones se administran a un paciente que padece una enfermedad en una cantidad suficiente como para retrasar el progreso de la enfermedad y sus complicaciones o para detener parcial o completamente la enfermedad o sus complicaciones. Una cantidad adecuada para alcanzar uno o más de estos objetivos se define como una dosis terapéuticamente eficaz. Las cantidades eficaces para tales usos dependerán de la gravedad de la enfermedad y del estado general de la salud del paciente.
Los inmunoconjugados de la presente invención pueden administrarse por varios medios adecuados para propósitos diferentes. Por ejemplo, se pueden usar inmunotoxinas de la invención para contactar con tumores en varias partes del cuerpo, según procedimientos conocidos en la técnica para otras inmunotoxinas (véase, por ejemplo, Rybak y col., (1990) Human Cancer Immunology, en "Immunology and Allergy Clinics of America", W. B. Saunders y las referencias citadas en la misma). Las inmunotoxinas pueden administrase por vía sistémica mediante inyección, preferentemente intravenosa, aunque también intramuscular, subcutánea, intratecal, intraperitoneal, en los espacios vasculares o en las articulaciones, por ejemplo inyección intraarticular.
De acuerdo con esto, la presente invención también se refiere a composiciones farmacéuticas que comprenden un inmunoconjugado de la presente invención y un vehículo farmacéuticamente aceptable, particularmente las composiciones que son adecuadas para las vías de administración mencionadas anteriormente. La dosis dependerá de las propiedades del inmunoconjugado empleado, por ejemplo su actividad y su semivida biológica, la concentración del inmunoconjugado en la formulación, el sitio y velocidad de dosificación, la tolerancia clínica del paciente implicado y similares, así como de la pericia del médico.
Pueden administrarse dosis únicas o múltiples de las composiciones dependiendo de la dosificación y frecuencia requeridas y toleradas por el paciente. Por ejemplo, con relación a la administración de inmunotoxinas, la composición debería proporcionar una cantidad suficiente de las inmunotoxinas de la invención para producir el retraso o la detención del progreso de la enfermedad o de sus complicaciones.
Las composiciones para administración pueden comprender una solución del inmunoconjugado, tal como una inmunotoxina, en un vehículo farmacéuticamente aceptable, preferentemente un vehículo acuoso. Se puede usar una variedad de vehículos acuosos, por ejemplo suero salino tamponado y similares. Estas soluciones son estériles y generalmente están libres de materia no deseada. Estas composiciones pueden esterilizarse mediante técnicas de esterilización convencionales bien conocidas en la técnica. Las composiciones pueden contener sustancias auxiliares farmacéutica mente aceptables como se requiera para aproximarse a las condiciones fisiológicas tales como agentes de ajuste de pH y de tamponamiento, agentes para ajustar la toxicidad y similares, tales como acetato sódico, cloruro sódico, cloruro potásico, cloruro cálcico, lactato sódico y similares. El pH de la solución está, preferentemente, en el intervalo de pH 5 a 9,5, y preferentemente es de 6,5 a 7,5. Típicamente, los inmunoconjugados o derivados de los mismos están en una solución con un tampón adecuado farmacéuticamente aceptable tale como fosfato, tris(hidroximetil)aminometano-HCl o citrato y similares. Las concentraciones del tampón deberían estar en el intervalo de 1 a 100 mM. La solución del inmunoconjugado también puede contener una sal, tal como cloruro sódico o cloruro potásico en una concentración de 50 a 150 mM. También se puede incluir una cantidad eficaz de un agente estabilizante tal como albúmina, una globulina, un detergente, una gelatina, una protamina o una sal de protamina y puede añadirse a una solución que contenga el inmunoconjugado o a la composición a partir de la cual se prepara la solución. Típicamente, la administración sistémica del inmunoconjugado se realiza dos o tres días o una vez a la semana. Como alternativa, la administración diaria es útil. Normalmente, la administración se realiza mediante inyección intramuscular o infusión intravascular.
Para la administración intavenosa, las composiciones farmacéuticas típicas son de aproximadamente 0,01 a 100 mg por día por paciente. Se pueden usar dosis de 0,1 hasta de aproximadamente 1000 mg por paciente al día, en particular cuando el fármaco se administra en un sitio apartado y no en la circulación sanguínea, como dentro de un tumor o de un órgano en el que el tumor reside. Los procedimientos reales para preparar composiciones administrables por vía parenteral serán conocidos o evidentes para los expertos en la técnica y se describen con más detalle e publicaciones tales como Remingtons Pharmaceutical Science, 15 ed., Mack Publishing Co., Easton, Pa, (1980).
La administración también puede ser intranasal o por otras vías no parenterales. Asimismo, el inmunoconjugado se puede administra mediante microesferas, liposomas u otros sistemas de liberación microparticulados colocados en ciertos tejidos, incluida la sangre.
El inmunoconjugado también se puede administra mediante aerosol para conseguir una liberación localizada a los pulmones. Estos se consigue mediante la preparación de un aerosol acuoso que contenga una preparación liposómica o partículas sólidas o derivados de los mismos. Se podría usar una suspensión no acuosa (por ejemplo un propelente fluorocarbonado). Preferentemente, en la preparación de los aerosoles se usan nebulizadores sónicos. Los nebulizadores sónicos minimizan la exposición del anticuerpo o sus derivados a fuerzas de cizalladura, lo que puede tener como resultado la degradación del inmunoconjugado.
Por lo general, un aerosol acuoso se prepara mediante la formulación de una solución o una suspensión acuosa del inmunoconjugado junto con vehículos y estabilizantes convencionales farmacéuticamente aceptables. Los vehículos y estabilizantes variarán en función de los requerimientos del inmunoconjugado concreto, aunque típicamente incluyen tensioactivos no iónicos (TWEEN-20 ó 80®, PLURONIC-F128 ó 67® o polietilenglicol), proteínas inocuas como seroalbúmina, o ésteres de sorbitano, ácido oleico, lecitina, aminoácidos tales como glicina, tampones, sales, azúcares o alcoholes dulces. Las formulaciones serán estériles. Los aerosoles se prepararán, generalmente, a partir de soluciones isotónicas.
Además, la presente invención se refiere a un procedimiento para matar células de forma selectiva usando una inmunotoxina selectiva de la presente invención que tenga ligando o un anticuerpo específico de una diana en la superficie de las células que se van a matar en condiciones que permitan la unión del ligando o el anticuerpo. La unión del ligando o el anticuerpo al marcador de la superficie de una célula causa que la toxina (por ejemplo, PE o PE38) mate de forma selectiva a la célula. Este procedimiento de la presente invención puede usarse para la separación celular in vitro al matar de forma selectiva tipos de células no deseados, por ejemplo, en la médula ósea antes del transplante a un paciente que se va a someter a ablación medular por radiación.
IX. Ejemplos A. Materiales y procedimientos 1. Reactivos
El compuesto metoxi-polietilenglicol-maleimida (PEG-maleimida, Pm: 5.000 ó 20.000) se obtuvo de Fluka o Shearwater Polymer. Otros reactivos y disolventes se obtuvieron de fuentes estándar.
2. Cepas bacterianas y plásmidos
Para la propagación de los plásmidos se usó E. coli DH5\alpha (eficiencia MAX) de Bethesda Research Laboratories (Gaithesburg, MD). Se usó E. coli CJ236 (Bio-Rad) para la preparación de ADN de fagemido de cadena sencilla que contiene uracilo, para su uso como molde para la mutagénesis dirigida a oligodesoxinucleótidos. E. coli BL21 (\lambdaDE3), que lleva el gen de la ARN polimerasa T7 bajo el control de un promotor inducible en un profago \lambda, se usó como huésped para la expresión de inmunotoxinas recombinantes. El plásmido pRK79 codifica anti-Tac(Fv)-PE38 (Kreitmanm y col., (1994), supra).
3. Mutagénesis de LMB-2
La mutagénesis de LMB-2 se realizó mediante el procedimiento de Kunkel (Kunkel y col., (1991) Methods Enzymol. 204: 125-139) con algunas modificaciones como se ha descrito previamente (Onda y col., (1999), supra). Las mutaciones en el plásmido se confirmaron mediante secuenciación del ADN.
4. Expresión y purificación de las inmunotoxinas recombinantes
Los componentes de LMB-2 (LMB-2 nativa) y cyst1-LMB-2 se produjeron en E. coli BL21 (\lambdaDE3), que contienen los correspondientes plásmidos de expresión (pRK79 o pRK79 mutante) como ya se ha descrito (Onda y col., (1999), supra).
5. PEGilación de cyst1-LMB-2 con una cisteína
Un procedimiento típico para la preparación de LMB-2 PEGilada es el siguiente: LMB-2 con un grupo tiol libre en suero salino tamponado con fosfato se dejó reaccionar con un exceso molar de 30 veces PEG-maleimida 5 kDa o 20 kDa (PEG5K o PEG20K) a 25ºC durante 12 horas. La mezcla de reacción se diluyó con 20 volúmenes de Tampón A (Tris-HCl 20 mM, EDTA 1 mM, pH 7,5) y después se cargó directamente en una columna de Q-sefarosa que previamente se había equilibrado con tampón A. La columna se lavó con Tampón B (NaCl 1M en Tampón A). Las fracciones adecuadas de la columna de Q-sefarosa (Amersham Pharmacia Biotech. Piscataway, NJ) con las LMB-2 PEGiladas se recogieron y se diluyeron con 5 volúmenes de Tampón A, para separar de forma aproximada la LMB-2 PEGilada del compuestos cys-1 LMB-2 sin modificar. La columna se lavó con 10 volúmenes de Tampón A, después se eluyó con un gradiente de NaCl (0-1 M) en tampón A. Después de concentrar las fracciones mono-Q adecuadas con Centricon YM-10 (AMCON, Beverly, MA). Las LAMB-2 PEGiladas se separaron en TRSK G3000SW, que se equilibró y se eluyó con suero salino tamponado con fosfato. Las LAMB-2 PEGiladas obtenidas de sometieron a SDS-PLATE y se observó que eran extremadamente puras.
El contenido en grupos sulfhidrilos libres se determinó mediante el procedimiento DTNB (Riddles y col., (1979) Anal. Biocem. J. 94: 75-81.
El contenido en PEG se analizó mediante una modificación del procedimiento de Childs (Childs (1975) Microchem J. 29 (190-192). Como estándar se usó PEG5K o PEG20 K.
6. Ensayo de citotoxicidad
La citotoxicidad específica de las cys-1-LMB, el LMB-2 PEGilada nativos se midió mediante la inhibición en el ensayo de células ATac-4 (Kreitman y col., (1994), supra.
7. Ensayo de estabilidad
La estabilidad de LMB-2, cys-1-LMB-2 y LMB-2 PEGilada se determinó mediante su incubación a una concentración final de 10 \mug/ml a 37ºC en suero de ratón. La cantidad de inmunotoxina activa restante después de los diferentes tiempos de incubación se determinó mediante un ensayo de citotoxicidad con ATac4.
8. Ensayo de toxicidad inespecífica
A grupos de cuatro, cinco o siete ratones BALB/c hembra (de 6-7 semanas de edad; aproximadamente 20 g de peso) se les inyectó por vía intavenosa 200 \mul de dosis crecientes de LMB-2, cys-1-LMB-2 y LMB-2 PEGilada. Como diluyente se usó PBS con BSA al 0,2%. La DL50 es la dosis calculada de inmunotoxina recombinante que mata al 50% de los animales.
9. Ensayo de la actividad antitumoral
Las actividades antitumorales de las inmunotoxinas se determinaron en ratones con tumores Atac4. Se inocularon células ATac-4 (2 x 10^{6}) por vía subcutánea el día 0 en ratones desnudos (Ncr un/un atímicos; 7 semanas de edad; aproximadamente 20 g de peso). Comenzando el día 4, los ratones se trataron con inyecciones intravenosas de inmunotoxinas. Como diluyente se usó PBS con BSA al 0,2% y como controles se usaron 10 \mug/ratón de PEG5K o PEG20K. EL tratamiento se administró los días 4, 6, 8. Cada grupo de tratamiento estaba compuesto por cinco ratones. Los tumores se midieron con un compás cada 2 días y el volumen del tumor se calculó usando la fórmula: volumen del tumor (en mm^{3})= longitud x (anchura)2 x 0,4.
10. Ensayos de farmacocinética
Ratones BALB/c hembra normales (de 6-7 semanas de edad; aproximadamente 20 g de peso) se les inyectó por vía intavenosa 2 \mug de varias inmunotoxinas. Se extrajeron muestras de sangre a diferentes tiempos. El nivel de inmunotoxina recombinante se midió en un bioensayo en el muestras de suero diluidas se incubaron con células ATac-4 y se midió la capacidad de las muestras de suero para inhibir la síntesis de proteínas. Los datos se analizaron mediante un programa de ajuste de curva exponencial RSTRIP (versión 5, Software MicroMath Scientific).
11. Ensayos de inmunogenicidad
Ratones BALB/c hembra (de 6-7 semanas de edad; aproximadamente 20 g de peso) en grupos de cinco se inmunizaron i.p. con LMB-2, cys-1-LMB-2 y LMB-2 PEGilada a dosis de 4 \mug/ratón o 40 \mug/ratón en PBS con seroalbúmina de ratón al 0,2% (MSA). Dos semanas después de la primera inmunización, se inmunizó a los ratones de nuevo con el antígeno adecuado. Se recogieron muestras de sangre cada 7 días tras la primera inmunización. Los niveles de IgG específica en suero se determinaron mediante ensayo de inmunoabsorción ligada a enzimas (ELISA) con un anticuerpo IGG antiratón de cabra conjugado con fosfatasa alcalina (ALP) y fosfato de p-nitrofenilo como sustrato. Las placas se revistieron con LMB-2.
B. Resultados 1. Preparación y caracterización de LMB-2 PEGiladas
En LMB-2, la porción Fv del anticuerpo anti-Tac está unida a PE38 mediante un conector peptídico (ASGGPE (ID SEC Nº 1)). Para prevenir la pérdida de las funciones de unión al antígeno, translocación y ribosilación de ADP de las LMB-2 que son necesarias para su actividad citotóxica específica contra las células tumorales CD25+, se preparó una forma mutante de LMB-2 con una cisteína en el péptido (ASGCGPE (ID SEC Nº 2)) que conecta la porción Fv con PE38 (Figura 1A). La cisteína se usó para la Pegilación específica de sitio usando técnicas químicas de tiol libre. Como se muestra en la figura 2, las moléculas de LMB-2 PEGiladas se observaron en una única banda en el SDS-PAGE cuando eluyeron de la columna TSK de exclusión por tamaño como un único pico. La figura 2 y la tabla 1 muestran que la citotoxicidad específica in vitro de la cys-1-LMB-2 contra las células Atac-4 (línea celular CD25+) fue similar a la de la LMB-2 nativa. Como se esperaba, cada molécula de cys-1-LMB-2 contenía un grupo tiol libre, mientras que la LMB-2 nativa no. El rendimiento de cys-1-LMB-2 altamente purificada preparada a partir de cuerpos de inclusión fue \sim7,0%, que es el mismo que el de la LMB-2 nativa (7,3%).
La cys-1-LMB-2 purificada con un grupo tiol libre en el conector se modificó de forma específica de sitio con PEG5K o PEG20K-maleimida mediante la formación de un enlace tioéter (figura 1B). Tras la purificación, ambos tipos de LMB-2 PEGilada tenían actividades citotóxicas similares y estas eran las mimas que la de la LMB-2 nativa sin modificar y mutante (figura 2 y tabla 1). Tras la PEGilación específica de sitio de la cys-1-LMB-2, la LMB-2 PEGilada no tenía un grupo tiol libre y en su lugar contenía aproximadamente 1 mol de PEG/mol de proteína.
2. Estabilidad de LMB-2 PEGilada en suero de ratón
Las estabilidades de varias moléculas de LMB-2 se valoraron mediante su incubación en suero de ratón a 37ºC durante varios periodos de tiempo (figura 3). Tanto la LMB-2 nativa como la mutante fueron relativamente estables durante 1 hora y después sus actividades citotóxicas disminuyeron de forma dependiente del tiempo. En contraste con esto, las LMB-2 PEGiladas fueron estables. Después de 24 horas, las LMB-2 PEG5K y PEG20K retuvieron aproximadamente el 40% y el 50% de sus actividades iniciales.
3. Toxicidad de las LMB-2 PEGiladas
Para los estudios de toxicidad se inyectaron varias dosis diferentes de cada tipo de inmunotoxina por vía intravenosa en ratones BLAB/c. Casi todas las muertes se produjeron durante los 4 días posteriores al tratamiento. La tabla 2 indica el número de ratones muertos y el número total de ratones inyectados registrados 14 días después del tratamiento. Se encontró que la DL50 de LMB-2 nativa y mutante era de aproximadamente 0,5 mg/kg, como se muestra en la tabla 1. Por el contrario, las LMB-2 PEGiladas eran bien tolerada; las DL50 de las LMB-2 PEG5K y PEG20K fueron de aproximadamente 3,0 mg/kg.
4. Actividad antitumoral de las LMB-2 PEGiladas
Para valorar las actividades antitumorales, se inocularon células ATac-4 por vía subcutánea el día 0 en ratones desnudos. El tratamiento se comenzó el día 4, cuando los tumores medían aproximadamente 100 mm3. Los animales se trataron por vía intravenosa con tres dosis administradas los días 4, 6 y 8. Los grupos control recibieron vehículo (PBS con BSA al 0,2%) o 10 \mug de PEG5K o de PEG20K. Las LMB-2 nativa y mutante inhibieron el crecimiento tumoral de un modo dependiente de la dosis (Figura 4). Las actividades antitumorales de ambas LMB-2 sin PEGilar fueron similares. La dosis requerida para mantener el volumen tumoral medio durante 6 días al nivel de la 1ª inyección fue 0,025 mg/kg x 3 para LMB-2 y cys-1-LMB-2 y de 0,006 mg/kg x 3 para las LMB-2 PEG5K y PEG20K. Las regresiones completas, que se definieron como la desaparición del tumor sin que se produzca un nuevo crecimiento después de 50 días o más, se observaron en 2 de 5 ratones o de 1 de 5 ratones a la dosis de 0,1 mg/kg x 3 de LMB-2nativa o de LMB-2 mutante respectivamente. A la dosis de 0,2 mg/kg x 3, uno de cada cinco ratones que habían recibido LMB-2 nativa mutante murió a causa de toxicidad durante el periodo de tratamiento, pero en los restantes cuatro ratones se observaron regresiones completas. Las actividades antitumorales de ambos tipos de LMB-2 PEGiladas estaban marcadamente aumentadas. Las regresiones completas se observaron en 1 de 5 ratones o en 2 de 5 ratones a la dosis de 0,025 mg/kg x 3 de LMB-2 PEG5K o PEG20K, respectivamente. A la dosis de 0,05 mg/kg x 3, las LMB-2 PEGiladas causaron regresiones completas de duración superior a 50 días. Cuando se administraron solas, las PEG5K y PEG20K (10 \mug/ratón) no tenían actividad antitumoral. En general, se requirió aproximadamente 4 veces la dosis para producir cambios comparables en el volumen del tumor cuando se usó cualquiera de las LMB-2 PEGiladas.
5. Farmacocinética de las LMB-2 PEGiladas
A ratones BALB/c se les inyectó por vía intavenosa una única dosis de 2 \mug de cada forma de LMB-2. Se extrajeron muestras de sangre a diferentes tiempos tras la inyección y se analizaron para determinar los niveles de inmunotoxina en las células ATac-4. Como se muestra en la figura 5, los perfiles de la concentración en suero de las LMB-2 nativas y mutantes mostraron una curva de eliminación biexponencial. Las semividas en plasma de las LMB-2 sin modificar fueron de aproximadamente 13 minutos (tabla 3). En contraste con esto, los perfiles de la concentración en suero de las LMB-2 PEGiladas mostraron curvas de eliminación monoexponencial. La semivida en plasma de la LMB-2 PEG5K se multiplicó aproximadamente por cinco y la de la LMB-2 PEG20K se multiplicó aproximadamente por 8. El área de debajo de la curva y el tiempo de residencia media de ambas LMB-2 PEGiladas también aumentó de forma sustancial.
6. Inmunogenicidad de las LMB-2 PEGiladas
Para valorar la inmunogenicidad, ratones BALB/c se inmunizaron i.p. con cada forma de LMB-2 a dosis de 4 \mug/ratón o 40 \mug/ratón los días 0 y 14.
Las muestras de suero se recogieron el día 21 después de la primera inmunización y los niveles de anticuerpo IGG antiLMB-2 de ratón se determinaron mediante ELISA con una LMB-2 nativa como antígeno de revestimiento. Como se muestra el la figura 6, las LMB-2 nativa y mutante no pudieron administrarse a causa de toxicidad para los ratones. En contraste con esto, se encontró que la inmunogenicidad de ambas LMB-2 PEGiladas era mucho menor. Se usó LMB-2 nativa para detectar la respuesta de anticuerpos en este estudio, aunque se obtuvieron resultados muy similares cuando se usaron LMB-2 mutante o LMB-2 PEGilada para revestir las placas.
C. Análisis
La PEGilación específica de sitio de inmunotoxina LMB-2 recombinantes aumenta su estabilidad, el tiempo de residencia en sangre y la actividad antitumoral, mientras que disminuye la toxicidad inespecífica y la inmunogenicidad. En general, la ventana terapéutica se multiplica por más de 20. Estos resultados tienen implicaciones clínicas importantes para el sudo de inmunotoxinas en pacientes.
En un estudio clínico recientemente completado se administró LMB-2 a 35 pacientes y se mostró actividad antitumoral frente a una variedad de neoplasias malignas. Se observó una respuesta completa en un paciente con leucemia de células pilosas (HCL) de una duración de más de 22 meses. En este estudio se han observado varias toxicidades diferentes. Estas incluían elevaciones de las transaminasas a causa del daño hepático, ganancia de peso, hipotensión y fiebre. Los efectos secundarios tóxicos de las inmunotoxinas recombinantes fueron de dos tipos. Un tipo se debe al objetivo específico de células normales que expresan el mismo antígeno que las células tumorales. Para superar esta toxicidad, puede ser necesario para descubrir un antígeno diana que no se expresa en células normales. La identificación de nuevos antígeno está en marcha mediante el análisis del análisis de la base de datos del marcador de la secuencia expresada (Vasmatzis y col., (1998) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 6: 300-304). El otro tipo de toxicidad se produce a causa de absorción y captación inespecífica sin definir por parte de células normales negativas para CD25. En el estudio en fase I con LMB-2 y en estudios de toxicidad de LMB-2 con ratones cuyos CD25 no reaccionan con LMB-2 o con monos cuyos CD25 sí reaccionan, se observó daño hepático con frecuencia, puesto de manifiesto por la elevación de los niveles de transaminasas en sangre (Kreitman y col., (1999), supra; Kreitman y Pastan (1995), supra). Si este tipo de toxicidad se pudiera reducir, debería ser posible aumentar la dosis de inmunotoxina usada para tratar a los pacientes y obtener respuestas clínicas sustanciales y más frecuentes. Un enfoque para la reducción de la toxicidad inespecífica consiste en restringir la distribución de la sangre a los tejidos normales mediante un incremento de su tiempo de residencia en la sangre. Además, la prolongación de la semivida plasmática puede conducir a un aumento de la eficacia antitumoral (Onda y col., (1999), supra). LA PEGilación es un medio de incrementar la residencia en sangre de la LMB-2 y de intensificar su potencia terapéutica.
La PEGilación de proteínas aumenta sus semividas plasmáticas mediante la reducción de la proteolisis y la restricción de la distribución tisular, tal como la filtración glomerular en el riñón y la captación hepática (Pai y col., (1991) Cancer Res. 51: 2808-2812; Chaffee y col., (1992) J. Clin. Invest. 89: 1643-1651; Yabe y col. (1999) J. Pharmacol. Exp. Ther. 289: 1176-1184; Pyatak y col. (1980) Res. Commun. Chem. Pathol. Pharmacol. 29: 113-127; Katre y col. (1987) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 84: 1487-1491; Kitamura y col. (1990) Biochem. Biophys. Res. Commun. 28: 1387-1394; Wang y col., (1993) Cancer Res. 53: 4588-4594; Benhar y col. (1994) J. Biol. Chem. 269: 13398-133404; Kuan y col. (1994) J. Biol. Chem. 269: 7610-7616). Este efecto se atribuye al mayor tamaño molecular y al impedimento estérico que resulta de la unión de PEG a proteínas. En la mayoría de los casos, la aplicación de la PEGilación se ha limitado a las enzimas cuyos sustratos son moléculas muy pequeñas, tal como la adenosina desaminasa (ADA) y la superóxido dismutasa (SOD), porque la cadena de PEG unida puede inhibir de forma estérica la unión ligando-receptor y antígeno-anticuerpo, que se basan en las interacciones macromoleculares (Benhar y col. (1994), supra; Kuan y col. (1994), supra). Además, la PEGilación normalmente se produce en los residuos de lisina, algunos de los cuales pueden estar en o cerca del sitio activo de la proteína y esta modificación de lisina por PEG es aleatoria y difícil de controlar (Tsutsumi y col. (1995) Br. J. Cancer 71: 963-968). Las inmunotoxinas recombinantes tienen tres funciones importantes (Pastan (1997), supra; Kreitman y col. (1994), supra; Kreitman y col. (1999), supra; Brinkman y col. (1991), supra; Reiter y col. (1994), supra; Reiter y col. (1994), supra). Estas son la unión al antígeno, la translocación y la ribosilación de ADP del EF2. Las tres implican interacciones macromoleculares. EL dominio de unión al antígeno y el dominio de fosforilación de ADP contienen residuos de lisina. Para evadir la interferencia con las interacciones macromoleculares se preparó un mutante LMB-2 con un residuo de cisteína en el conector no funcional entre los restos Fv y PE de la LMB-2 y se usó el tiol de la cisteína para la PEGilación específica de sitio (Figura 1).
La citotoxicidad específica in vitro de la cys1-LMB-2 que contiene el residuo de cisteína adicional contra las células tumorales CD25+ (Atac-4) es aproximadamente la misma que la de la LMB-2 original (figura 2 y tabla 1). La cys1-LMB-2 se PEGiló de forma específica mediante la formación de un enlace tioéter entre el grupo tiol libre en la región conectora y un grupo en el extremo maleimida de PEG. Las LMB-2 PEG5K y PEG20K producidas retenían la actividad citotóxica completa cuando se comparaban con las LMB-2 nativa sin modificar y mutante (figura 2 y tabla 1). Este es en parte porque la LMB-2 se procesa en el interior de la célula en dos fragmentos mediante una escisión proteolítica entre los aminoácidos 279 y 280 PE. El PEG permanece con la porción Fv, mientras que la mayor parte de la toxina (aa 280 a 613) se transporta hacia el retículo endoplasmático, desde donde se transloca al citosol y mata a la célula. Normalmente, la actividad de las proteínas PEGiladas disminuye cuando aumenta el peso molecular del PEG unido porque el impedimento estérico debido al PEG unido aumenta al aumentar la longitud de la cadena de PEG (Tsutsumi y col. (1996) Br. J. Cancer 74: 1090-1095). Sin embargo, en este caso, la LMB-2-PEG20K tenía casi la misma actividad que la LMB-2-PEG5K. Esto puede deberse a la relativamente larga distancia entre el sitio de unión del PEG en el conector y los sitios activos de la LMB-2. La estabilidad de las LMB-2 PEGiladas a 37ºC en suero de ratón que contiene proteasas y otras actividades de inactivación se intensificó en comparación con las LMB-2 nativa sin modificar y mutante (figura 3). El PEG puede proteger estéricamente a la LMB-2 del ataque proteolítico o disociación de las cadenas V_{H} y V_{L}, lo que conduce a la agregación y a que el PEG20K sea más eficaz que el PEG5K.
Ambos tipos de LMB-2 PEGiladas mostraron una actividad antitumoral 3-4 veces mayor que las ÑMB-2nativa sin modificar y mutante. Además, su toxicidad en ratones se dividió aproximadamente por 6 (Figura 4, tablas 1 y 2). En consecuencia, la PEGilación condujo e un incremento de 20 veces la eficaz terapéutica. LA PEGilación de MB-2 aumento de forma eficaz su tiempo de residencia en sangre y la UAC, a causa de un incremento del tamaño molecular y de la estabilidad (figura 5). Las semividas plasmáticas fueron 5 veces más prolongadas con la LMB-2-PEG5K y 8 veces mayores con la LMB-2-PEG20K que con las LMB-2 sin modificar. Es probable que el incremento de las actividades citotóxicas se deba al aumento de la semivida plasmática, lo que permite la entrada de más inmunotoxina en el tiempo de recambio a través de los capilares con fugas que a menudo se encuentras en los tumores. Se sabe bien que el transporte de las proteínas PEGiladas desde la sangre a los tejidos normales es limitado y que la absorción y captación celular inespecífica de las moléculas PEGiladas están reducidas (Chaffee y col., (1992) J. Clin. Invest. 89: 1643-1651; Illum y col. (1987) Biomaterials. 8: 113-117; Woodle y Lasic (1992) Biochem. Biophys. Acta 14: 171-199). Por tanto, la disminución de la toxicidad de la LMB-2 puede deberse, al menos en parte, a su distribución reducida desde la sangre a los tejidos normales, como el hígado, debido a su incremento del tamaño molecular (Chaffee y col., (1992), supra). Es más, la unión y captación inespecíficas de LMB-2 por las células normales puede suprimirse por la Pegilación, que protege las interacciones iónicas. Asimismo, también se ha encontrado que las LMB-2 PEGiladas tienen una inmunogenicidad disminuida que podría deberse a una reducción de la degradación por las células presentadoras de antígeno tales como macrófagos, lo que protege algunos epítopos de péptidos tras la degradación. (Wang y col., (1993) Cancer Res. 53: 4588-4594) o la prevención de la unión a receptores en las células B). Además, como se ha mencionado antes, el transporte de LMB-2 PEGiladas desde la sangre a los tejidos inmunológicos tal como el bazo, la médula ósea y el tejido linfoide, puede esta limitado y la unión y captación inespecíficas de las proteínas PEGiladas por las células presentadoras de antígeno puede estar reducida. Estudios detallados acerca de la distribución tisular y la unión celular serán útiles para clarificar estos aspectos.
En resumen, la PEGilación específica de sitio de LMB-2 mejora mucho su potencia terapéutica como agente antitumoral en ratones al incrementar su semivida en plasma y disminuir su toxicidad inespecífica. El enfoque usado con la LBM-2 debería ser aplicable a otras inmunotoxinas recombinantes y a otros inmunoconjugados y aumentar su actividad en pacientes.
TABLA I
3
TABLA 2
4
TABLA 3
5

Claims (29)

1. Una composición que comprende una molécula dirigible unida a una molécula efectora a través de una molécula conectora y una o más moléculas de polietilenglicol (PEG) conjugadas a dicha molécula conectora.
2. La composición según la reivindicación 1, en la que dicha molécula dirigible se selecciona de un ligando, un anticuerpo y un fragmento de un anticuerpo, en el que el fragmento retiene la capacidad de reconocimiento antigénico.
3. La composición según la reivindicación 2, en la que dicho anticuerpo o fragmento del mismo reconoce específicamente Tac.
4. La composición según la reivindicación 1, en la que dicha molécula efectora se selecciona del grupo constituido por una citotoxina, un marcador, un radionúclido, un marcador detectable, un fármaco, un liposoma, un ácido nucleico, un virus recombinante, una glicoproteína, un ligando y un anticuerpo.
5. La composición según la reivindicación 4, en la que dicha citotoxina se selecciona del grupo constituido por exotoxina de Pseudomonas (PE) o un fragmento o mutante de la misma que retiene la actividad citotóxica, la toxina diftérica o un fragmento o un mutante de la misma que retiene actividad citotóxica, ricino, saponina, gelonina, proteína inactivadota de ribosomas, abrina y toxina botulínica A-F.
6. La composición según la reivindicación 5, en la que dicha PE es PE38.
7. La composición según la reivindicación 1, en la que dicha molécula conectora es un péptido.
8. La composición según la reivindicación 7, en la que dicha molécula conectora se selecciona del grupo constituido por ASGCGPE (ID SEC Nº 2), ASGCCGPE (ID SEC Nº 3), ASCGSGCPE (ID SEC Nº 4), KASGKKYGCK-KGPE (ID SEC Nº 5), ASCGTTGCPE (ID SEC Nº 8) y KGGGCAGGPE (ID SEC Nº 6).
9. La composición según la reivindicación 1, en la que dicha molécula PEG se sustituye por un grupo reactivo o un residuo aminoacídico de dicha molécula conectora.
10. La composición según la reivindicación 9, en la que dicha molécula PEG tiene un peso molecular entre 1 y 100 kD.
11. La composición según la reivindicación 9, en la que dicha molécula PEG tiene un peso molecular de entre aproximadamente 3 kD y aproximadamente 50 kD.
12. La composición según la reivindicación 9, en la que dicha molécula PEG tiene un peso molecular de entre aproximadamente 5 kD y aproximadamente 20 kD.
13. La composición según la reivindicación 1, en la que dicha molécula dirigible es un anticuerpo frente a la subunidad \alpha del receptor de la IL-2 conocido como anti-Tac, en el que dicha molécula efectora es PE38 y dicha molécula conectora es ASGCGPE (ID SEC Nº 2).
14. Una composición que comprende una composición de la reivindicación 1 en un vehículo farmacéuticamente aceptable.
15. Una composición que comprende una composición de la reivindicación 13 en un vehículo farmacéuticamente aceptable.
16. Un procedimiento de incrementar la actividad antitumoral de una inmunotoxina que tiene un resto dirigible y un resto de toxina conectados mediante una molécula conectora, comprendiendo dicho procedimiento la unión covalente de una molécula de polietilenglicol ("PEG") a dicha molécula conectora.
17. Un procedimiento de la reivindicación 16, en el que dos o más residuos aminoacídicos de dicha molécula conectora están unidos a PEG.
18. Un procedimiento de la reivindicación 16, en el que dicha molécula dirigible se selecciona de un ligando, un anticuerpo y un fragmento de un anticuerpo, en el que dicho fragmento retiene la capacidad de reconocimiento del antígeno.
19. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que dicho anticuerpo reconoce específicamente Tac.
20. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que dicha molécula efectora se selecciona del grupo constituido por una citotoxina, un marcador, un radionúclido, un marcador detectable, un fármaco, un liposoma, un ácido nucleico, un virus recombinante, una glicoproteína, un ligando y un anticuerpo.
21. El procedimiento de la reivindicación 20, en el que dicha citotoxina se selecciona del grupo constituido por exotoxina de Pseudomonas (PE) o un fragmento o mutante de la misma que retiene la actividad citotóxica, la toxina diftérica o un fragmento o un mutante de la misma que retiene actividad citotóxica, ricino, saponina, gelonina, proteína inactivadota de ribosomas, abrina y toxina botulínica A-F.
22. El procedimiento de la reivindicación 21, en el que dicha PE es PE38.
23. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que dicha molécula conectora es un péptido.
24. El procedimiento de la reivindicación 23, en el que dicha molécula conectora se selecciona del grupo constituido por ASGCGPE (ID SEC Nº 2), ASGCCGPE (ID SEC Nº 3), ASCGSGCPE (ID SEC Nº 4), KASGKKYGCK-KGPE (ID SEC Nº 5), ASCGTTGCPE (ID SEC Nº 8) y KGGGCAGGPE (ID SEC Nº 6).
25. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que en la que dicha molécula PEG se sustituye por un grupo reactivo o un residuo aminoacídico de dicha molécula conectora.
26. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que dicha molécula PEG tiene un peso molecular entre 1 y 100 kD.
27. El procedimiento de la reivindicación 26, en el que dicha molécula PEG tiene un peso molecular de entre aproximadamente 3 kD y aproximadamente 50 kD.
28. El procedimiento de la reivindicación 26, en el que dicha molécula PEG tiene un peso molecular de entre aproximadamente 5 kD y aproximadamente 20 kD.
29. El procedimiento de la reivindicación 26, en el que dicha molécula dirigible es un anticuerpo que reconoce de forma específica la subunidad \alpha del receptor de la IL-2, dicha molécula efectora es PE38 y dicha molécula conectora es ASGCGPE (ID SEC Nº 2).
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