文摘

有一个明显的和迫切需要新方法治疗传染性疾病。利用单克隆抗体治疗传染性疾病现在经历的兴趣。在过去5年放射(RIT),一个形态之前开发癌症治疗,已成功用于治疗实验真菌、细菌和病毒感染。作为我们研究的模式生物功效,机制,潜在的毒性,和抗辐射性罗切斯特理工学院的航拍,以及为罗切斯特理工学院的航拍与现有抗菌疗法的比较我们选择封装的酵母新型隐球菌(CN)。放射免疫方法在实验室研究的成功鼓励了可行性的治疗目标微生物标记抗体。此外,创建“panantibodies RIT将识别抗原由全班同学共享的病原体如真菌,例如,将有利于引进罗切斯特理工学院的航拍到诊所。

1。介绍

需要新方法治疗传染病的耐药性的增加和新出现的病原体是明显的和紧迫的。近几十年来耐药性的问题加剧了许多新传染病的出现像艾滋病毒。同时目前抗菌疗法的病人的人口不是有效的,因为他们的低免疫状态正在扩大和包括感染艾滋病毒的人,正在接受化疗的癌症患者,和器官移植接受者。此外,有一种威胁的生物制剂特别设计在免疫活性的人口甚至是致命的。

这种情况已经重新燃起了兴趣,使用单克隆抗体(mab)在治疗传染病的1]。放射(RIT)依赖于抗体产生细胞毒性α或β的辐射对肿瘤细胞(2]。放射性标记的马伯Zevalin和Bexxar FDA批准用于治疗难治性、复发性淋巴瘤。几年前我们介绍了罗切斯特理工学院的航拍到传染性疾病领域,显示长期存活小鼠系统性感染CN和治疗感染后与放射性标记的马伯特定CN多糖胶囊(3]。在过去的7年中,我们已经成功地改编放射免疫治疗的实验真菌,细菌,病毒感染(4- - - - - -7]。

作为我们研究的模式生物功效,机制,潜在的毒性,和抗辐射性罗切斯特理工学院的航拍,以及为罗切斯特理工学院的航拍与现有抗菌疗法的比较我们选择封装的酵母新型隐球菌(CN)。CN全球分布,是一个主要的真菌病原体在宿主免疫功能不全的负责每年近一百万名严重感染和600000例死亡(8]。虽然疾病负担不相称的艾滋病毒感染的人,还有一个主要的风险隐球菌在移植患者或个人接受免疫抑制药物,以及患者的癌症、肝硬化,和各种各样的其他医疗条件。其主要毒性因素细胞壁多糖和黑色素的色素。在过去的十年里,隐球菌gattii获得了显著的公共关注的病原体毁灭性的肺和中枢神经系统感染的免疫活性的个人主要在美国和加拿大西北部。

体液免疫卡萨德沃尔CN已经广泛研究了近20年的实验室。两个生成的马伯laboratory-18B7马伯CN荚膜多糖抗原和6 d2马伯melanin-have被用于临床试验:试验裸18 b7隐球菌脑膜炎患者已经完成(9];和合作Dadachova 188 -铼标签6 d2目前在转移性黑色素瘤患者(接受审判10,11]。CN提供了一个极好的模型为慢性感染和CN系统的优点包括:(1)动物模型包括肺、脑膜、潜伏性感染;(2)特征明显的可用性非常马伯CN,可以发展成RIT代理商;(3)anti-idiotypic试剂的可用性,可用于研究标明马伯的命运;(4)易于理解感染的发病机理和免疫反应。

我们将总结RIT的CN的治疗效果,其毒性和潜在的抗辐射性,放射生物机制,比较与标准抗真菌治疗,我们将概述未来角度发展放射到普遍抗真菌形态在免疫功能低下的患者。

2。罗切斯特理工学院的航拍的CN的效果

我们最初探索的潜在功效RIT对系统性CN感染部分补充不足AJ / Cr小鼠(国家癌症研究所,弗雷德里克,MD)。下面讨论的结果发表在[3]。我们放射性标记的CN多糖capsule-specific马伯18 b7α粒子发射213 -铋( 188 -铼(Bi)或β粒子发射 Re)。老鼠接受放射性标记的18 b7马伯寿命明显长于老鼠给不相干的标签IgG1或PBS。我们使用一个标签无关马伯( Bi -或 设计公司免疫球蛋白1MOPC21)控制的可能性Fc受体结合的放射性标记的免疫球蛋白g吞噬细胞的感染可能导致非特异性的CN细胞死亡。值得注意的是,在100年60%的老鼠μCi Bi组治疗后75天(还活着 )。在 再保险,40%和20%的动物还活着后治疗100 ( )和50μCi ( ) Re-18B7分别,而在对照组老鼠死于感染天35 - 40(数字1(一)1 (b))。小鼠感染CN和给定RIT显著降低肺真菌负担和大脑相比,对照组48 h后治疗。虽然没有差别的减少真菌之间的负担在肺部组织收到50和100μCi 与200年Re-18B7、治疗μCi Re-18B7显著降低肺cfu相对较低的活动( )。因此,政府的放射性标记的抗体CN多糖长期生存和减少器官真菌感染小鼠的负担。

放射剂量依赖调查时,生存/ JCr的老鼠都是剂量依赖 Bi和 再保险放射性同位素:50μCi Bi-18B7没有产生治疗效果,100年和200年μCi剂量长期动物生存(3]。有趣的是,200年μCi Bi-18B7剂量是效率较低,可能是因为它可能接近MTA(最大容忍活动)对于这个特定的抗体和放射性同位素。

后来我们评估的有效性RIT对真菌生物膜。下面讨论的结果发表在[12]。使用留置医疗devices-pacemakers、假关节,catheters-is快速增长和经常被感染biofilm-forming复杂微生物对抗菌药物耐药和宿主防御机制。我们调查了使用polysaccharide-specific马伯作为目标的运载工具c . neoformans生物膜与 Bi。 Bi-18B7马伯(IgG1)渗透隐球菌生物膜,如图所示,共焦显微镜和导致生物膜代谢活动减少了50%(图1 (c)左面板)。相比之下,当IgM马伯13 f1贴上 Bi是使用没有真菌生物膜的渗透和破坏。18 b7标记, Bi-labeled特异性的马伯,γ和β(图类型的辐射1 (c)右面板)没有一个对生物膜的影响。缺乏γ和β辐射的功效可能反映了辐射防护多糖生物膜的特性矩阵。我们的研究结果表明CN生物膜易受治疗antibody-targetedα辐射,表明RIT可以提供一种新的选择微生物生物膜的预防或治疗留置医疗设备。

3所示。罗切斯特理工学院的航拍的毒性CN

虽然被癌症航拍数据血小板计数最低点通常发生后1周放射性标记的抗体政府肿瘤小鼠(14,15)——没有信息可能的RIT感染动物的毒性作用。在我们研究放射免疫的小鼠隐球菌病评估放射性标记的抗体对小鼠的血液毒性血小板计数(13]。AJ / Cr小鼠系统性感染CN没有观察到血小板计数变化的剂量高达150μCi Bi -或 设计公司马伯(图2(一个))证明缺乏血液毒性小鼠在这个范围内,200年和250年 Ci死在第七天治疗后(13]。

我们也认为罗切斯特理工学院的航拍CN感染的可能性可能促进治疗肺纤维化的动物。肺部感染的靶器官是CN和众所周知的癌症领域的肺纤维化发展几个月后体外放射疗法治疗(16]。评估这种潜在并发症我们使用CN的肺模型小鼠在哪里感染气管内的()。在这个模型中,CN是本地化到肺部感染后5天,结果10%的注射剂量/ g在肺部发现了治疗后24小时与放射性标记的马伯,与1.5%的注射剂量/ g在未受感染的老鼠的肺3]。下面描述的结果发表在[13]。BALB / c小鼠感染106CN细胞,感染后5天治疗50 - 200μCi Bi -或 设计公司马伯或不及时治疗。随后所有的老鼠都维护在氟康唑控制感染他们的饮用水(10毫克/公斤)。5个月后,老鼠都牺牲了,他们的肺部移除,与缓冲福尔马林固定,切片,苏木精和伊红染色,经病理分析。没有任何证据表明辐射接受过放疗小鼠的肺纤维化(数字2 (c)2 (d)(图)相比,控制动物2 (b))。这种缺乏血液和肺毒性可以解释的非常具体的针对放射性标记的抗体微生物/感染细胞。事实上,使用RIT对感染的优点之一而不是癌症,肿瘤细胞相比,微生物细胞表达抗原在抗原上从宿主组织非常不一样,因此提供精致的特异性和较低的潜力大。还应该指出的是,在我们研究放射性标记的马伯管理ip,和ip管理放射性标记的马伯报道是容忍比第四路线(17]。此外,当使用放射性治疗的患者总是担心辐射诱导产生的长期影响,如肿瘤突变。然而,这种风险应该极低的短期暴露后可能带来的利益治疗或预防感染。然而,RIT对传染性疾病的应用需要优化剂量的确定和减少毒性作用。

4所示。罗切斯特理工学院的航拍和辐射电阻

防辐射的CN细胞的出现将会是一个关心多个RIT政府,和治疗结果。因此,我们评估易感性的CN RIT-treated老鼠航拍孤立的体外细胞。下面讨论的结果发表在[18]。生成RIT-treated CN细胞,AJ / Cr第四老鼠感染5×104细胞,24小时后用150μCi Re-18B7或125μCi Bi-18B7或不及时治疗。幸存的老鼠牺牲,他们的肺部均质和SAB琼脂上镀;孤立的殖民地种植在SAB肉汤。评估辐射敏感度的细胞在体外,细胞从写明ATCC (CN天真的),从未经处理的AJ / Cr老鼠(CN中恢复过来通道),从小鼠中恢复过来 Re-18B7马伯(CN再保险RIT)或 Bi-18B7马伯(CNBi RIT)处理 再保险——或者 Bi-18B7马伯的(3]。天真、通道或放射免疫细胞同样对辐射敏感的预处理 再保险和 Bi证明没有RIT-pretreated细胞的体外抗辐射性(数字3(一个)3 (b))。

评价放射免疫可能选择CN细胞体内抗辐射,我们感染了AJ / Cr小鼠CNRe-RIT,CNBi-RIT和CN天真的。受感染的老鼠接受150μCi Re-18B7或125μCi Bi-18B7静脉感染后24小时,然后监测为生存和减肥。致命性感染小鼠CNRe-RIT或CNBi-RITCN感染的老鼠是一样吗天真的( )(图3(c))。治疗组小鼠的生存 Bi-18B7马伯长( ),而不是 Re-18B7(图3 (c)),可能由于更高的阿尔法粒子的杀伤力 Bi,而电子 再保险。总的来说,治疗CN微粒辐射导致损失的细胞复制的能力(3,19),这将解释没有防辐射的放射免疫后表型。后的残余细胞复制RIT最有可能被生物膜免受放射性标记的抗体,脓肿或宿主细胞。

5。罗切斯特理工学院的航拍的CN放射生物机制

鉴于RIT传染病是一个相对年轻的领域,放射免疫的机制是有效的是不确定的。甚至在肿瘤放射免疫的抗肿瘤的效应已经调查了25年多的细胞毒性机制仍争论不休。放射生物主要癌症放射免疫机制被认为是“直接命中”(当一个细胞被辐射来自相同的细胞)和“交叉射击”效应(当一个细胞被辐射来自一个遥远的细胞),这两种能促进细胞凋亡和细胞周期的再分配20.]。我们调查了radiofungicidal外部伽马辐射和影响 Bi -或 设计公司马伯CN细胞通过评估radiofungicidal剂量对细胞膜通透性的影响,诱导细胞凋亡,细胞的新陈代谢。下面讨论的结果发表在[19]。

膜透性增加,染料propidium碘(PI)被认为是细胞死亡的标志,因为可行的细胞完整膜能够排除染料。内化π结合核酸和经历大量增加荧光(22]。PI染色与损失集落形成单位(cfu)的各种微生物,包括CN抗真菌药物治疗(23]。1和3之间的渗透率随时间增加人力资源γ辐照后,表明这可能是继发于细胞死亡,死因(图4(一))。似乎这20%的人口中的细胞新陈代谢“死亡”,无法保持细胞膜的完整性。照射后细胞染色3人力资源显示PI染色存在剂量依赖的相关性高达300 Gyπ阳性(25%),下降至10%π积极在最高剂量(图4(一))。这个观察表明,膜伤害不是主要的致命事件,80%的细胞失去了在这些剂量复制的能力。π阳性细胞在最高剂量的减少可能是由于辐射防护效果从小屋胶囊24]。CN的治疗 Re-18B7没有使细胞π渗透(图4 (b))。治疗 Bi-18B7马伯导致约7%的细胞成为π透水,cfu的剂量导致80%的损失(图4 (c))。

真菌细胞凋亡或程序性细胞死亡(25]。在同一篇论文中(19),我们调查是否辐射水平的提高真菌半胱天冬酶,以FLICA(半胱天冬酶的荧光染料标记抑制剂)绑定膜渗透基质结合还在早期诱导细胞凋亡。早些时候,我们验证了这种技术使用CN FLICA结果通过比较与那些获得使用APO-BrdU TUNEL细胞凋亡检测设备(21]。Gamma-irradiated细胞约10% FLICA积极在3人力资源(图4 (d)),20 - 5%的CN细胞接触 Re-18B7或 Bi-18B7马伯,分别成为FLICA积极(数字4 (e)4 (f))。FLICA积极的数量 Bi-18B7 mAb-treated细胞染色是在17小时高于3小时,表明细胞凋亡诱导的一个持续的过程。细胞凋亡是一个动态的过程,细胞通过几个阶段,而不是住在任何一个阶段很长一段时间。减少在21小时的伽马辐射治疗细胞可能表明当时凋亡的细胞已经完成了阶段期间还可以绑定荧光抑制剂。这与观察到的随时间增加 Bi-18B7马伯治疗细胞和可能反映了不同通路引起的细胞死亡的不同形式的辐射。我们的结论是,γ、β和α辐射影响细胞通过不同的途径。伽马辐射对细胞膜的影响比 Bi-18B7或 Re-18B7。所有形式的辐射刺激apoptosis-like伽马辐射和细胞死亡 Re-18B7马伯比有更明显的作用 Bi-18B7马伯, Bi-18B7马伯交付“直接”减少真菌细胞的代谢活动,而没有其他形式的辐射。单独生存证明是最实用的测量评估RIT功效,由于反射相结合的多种机制导致真菌细胞死亡。放射免疫治疗后细胞存活,但不是复制,可能会或可能不会导致疾病。

阐明的贡献“直接命中”和“交叉射击”效应的罗切斯特理工学院的航拍CN的真菌的活动我们比较马伯放射性标记的 Bi或 Re-isotopes与不同的发射范围组织−50 - 80年μ米为 Bi和10毫米 在癌症放射免疫。 Bi是由“直接命中”,认为杀死 再保险公司通过“冲突”。原则上,每一个细胞与绑定放射性标记的马伯分子可以被直接命中,同时作为一个“交叉射击”辐射的来源。通过测量细胞的杀戮在罗切斯特理工学院的航拍和“交叉射击”的实验中,我们可以计算的贡献“直接命中”细胞杀死细胞的百分比减去被“交叉射击”比例的细胞被航拍。下面讨论的结果发表在[21]。观察“交叉射击”我们必须确保细胞担任“交叉射击”辐射的来源不可能自杀的“直接命中”。因此,我们使用热杀CN细胞作为“交叉射击”辐射的来源。实验 Bi-18B7表明,尽管大多数真菌细胞被“直接命中”,“冲突”效应也导致了罗切斯特理工学院的航拍的真菌的效果(图4 (g))。没有杀害CN细胞标记观察马伯18 b7。为 Re-18B7“交叉射击”效应负责大部分CN杀死(图4 (h))。这个系统允许实验阐明确切机制尚未执行的细胞杀死RIT对微生物或癌细胞。在罗切斯特理工学院的航拍针对肿瘤细胞的抗体通常是内化绑定后,添加重要实验的复杂性。CN系统的优点之一是,细胞壁外的胶囊是抗体不是内化,从而允许探索放射生物学的基本问题。这个系统的一个小小的限制是摄取的抗体可以通过吞噬细胞内化antibody-labeled CN。罗切斯特理工学院的航拍的放射生物机制的知识将允许创建更有效的协议RIT机会性真菌感染。

6。罗切斯特理工学院的航拍的CN的比较标准的抗真菌治疗

作为一种重要的一步引入RIT真菌疾病的诊所,我们比较放射免疫的功效与两性霉素对系统性实验CN感染。下面讨论的结果发表在[26]。我们假设18 b7马伯放射性标记的 Bi或 再保险能够杀死melanized和nonmelanized CN细胞体内比标准抗真菌治疗。我们也调查了罗切斯特理工学院的航拍和两性霉素治疗的结合是否产生不同的结果从单独治疗。这个melanized nonmelanized 24067 CN细胞孵化与增加的活动 重新和 Bi-18B7马伯,孵化melanized和nonmelanized细胞 再保险——或者 Bi-18B7马伯交付90%的细胞死亡,细胞辐射剂量的0.1克拉 Re-18B7和0.04克拉 Bi-18B7(图5(一个)5 (b))。 Bi或 再保险共轭无关紧要的isotype-matching抗体MOPC无论是类型的细胞死亡(数字5(一个)5 (b))。易感性的差异melanized和nonmelanized细胞antibody-delivered辐射成为明显的,当我们试图消除细胞达到99.9%。十六岁μCi剂量(0.8克拉) Re-18B7马伯消除nonmelanized细胞的99.9%,而从来没有达到那种程度的细胞杀死melanized细胞活动的调查范围。 Bi-18B7马伯nonmelanized细胞杀死了99.7%以0.4μCi剂量(0.17克拉)但同样水平的细胞杀死melanized细胞没有被观察到。少大约10倍 Bi比 再保险放射性需要消除的大部分melanized或nonmelanized细胞我们选择 Bi-mAbs体内与两性霉素。一个 g / mL两性霉素CN cfu减少了超过两个对数单位(图5 (c))。考虑发表麦克风melanized 24067 CN高于nonmelanized;我们选择了一个剂量的1μ克/克老鼠体重(~ 17μg /鼠标),允许短暂的血药浓度为8.5μg / mL,体内实验。

随后我们比较的功效RIT独自两性霉素和联合治疗体内。第四AJCr老鼠感染3×105melanized或nonmelanized CN细胞。一天后感染小鼠被分为5组,要么是未经处理的;或给定ip 100μCi Bi-18B7;或治疗在24、48和72 h与两性霉素脱氧胆酸盐在1μg / g体重;或接收治疗。老鼠监控为生存为60天。肺部感染后60天,大脑的分析表明,两性霉素没有显著减少cfu在肺部和大脑nonmelanized(图5 (d)(图)或melanized CN组5 (e))( )。罗切斯特理工学院的航拍明显减少真菌负担比未经处理或amphotericin-treated老鼠( )。事实上,RIT-treated nonmelanized CN集团几乎完全清除真菌从大脑(检测的下限是50 cfu),而RIT-treated melanized CN集团几乎完全清除大脑和肺部感染。

我们最重要的观察是,罗切斯特理工学院的航拍更有效地降低真菌在肺部和大脑负担比两性霉素在高剂量的1μg / g,大多数RIT-treated老鼠几乎完全清除感染。两性霉素无法减少真菌器官的负担部分补充不足AJCr老鼠解释了3天的治疗后随访研究的趋势降低cfu大脑和肺部显现(图只有14天的治疗5 (f))。这些观察结果与文献显示,即使是在完整的健壮的老鼠一样cd或Balb / c两性霉素脱氧胆酸盐也只能生产1 - 1.5日志降低cfu和周围老鼠死了一天2427,28]。它也符合临床研究的数据显示,短疗程的两性霉素不消毒脑脊液或血液,和灭菌率与生存29日]。我们观察的优势突显出RIT生产杀菌剂的效果后体内注射相比,长期用两性霉素治疗。当罗切斯特理工学院的航拍和两性霉素治疗结合使用复杂的景象出现的黑化作用地位取决于感染。联合治疗更有效比两性霉素单独nonmelanized和melanized CN组。melanized CN组的组合疗法效果低于RIT可能是由于炎症和肾毒性与两性霉素剂量对小鼠。有趣的是,对于nonmelanized CN联合治疗确实产生了一些协同作用在降低cfu在肺部。可以认为,如果RIT后期管理与两性霉素治疗过程中;可以观察到一些协同效应。

7所示。结论

成功的RIT的CN早些时候在实验室研究结合核医学经验效用的临床前和临床研究表明放射性标记的organism-specific抗体对成像的感染(综述(30.])提供鼓励的可行性与标记抗体治疗目标微生物。事实上,一个特定的抗体的能力感染本地化网站显示使用antibody-antigen交互的可行性提供杀菌剂的辐射感染的网站,进而提供了强有力的支持这项技术的潜在用途广泛的抗菌策略。作为人体的微生物细胞是外国;它们含有人体组织和表达的抗原不提供一个主要癌症RIT自肿瘤相关抗原相比也表达了对正常组织。因此,罗切斯特理工学院的航拍微生物疾病的理论治疗指数应明显高于肿瘤疾病。这个精致的特异性承诺排他性的目标应该转化为高功效的治疗和低毒性。有可能创建一个所谓的“pan-antibody”将识别抗原共享特定类的人类病原体如真菌,为例。的例子“panantibodies”是马伯6 d2原本对真菌黑色素也结合合成,无脊椎动物(墨鱼),小鼠和人黑色素(10];马伯热休克蛋白60 (HSP60) [31日)和葡聚糖(32绑定到所有重大人类致病真菌。这样的实验发展放射panantibodies目前正在进行在我们实验室(Bryan等人未发表的观察)。这种抗体的可用性将消除的必要性有特定抗体为每个特定的微生物,并将极大地提高RIT传染病的发展。

确认

大肠Dadachova支持国家过敏症和传染病研究所(NIAID)授予R56 AI060507-06;答:卡萨德沃尔NIAID赠款AI033142和AI033774。