Immuno-PET imaging of CD38 expression in multiple myeloma using a 64Cu-labeled nanobody

技術要約：$^{64}$Cu標識ナノボディを用いた多発性骨髄腫におけるCD38発現のImmuno-PETイメージング

問題提起
多発性骨髄腫（MM）は、CD38が治療標的およびバイオマーカーとして検証されている血液がんであり、主にモノクローナル抗体ダラツムマブが標的となっている。しかし、臨床管理においては、一次性抵抗性、CD38の下方制御による獲得耐性、および治療に伴う高コストや毒性が課題となっている。現在、すべての腫瘍病変におけるCD38発現を非侵襲的に正確に表現型解析できるコンパニオン診断ツールの不足が生じている。Immuno-PETにはフルレングスの放射標識抗体（例：ダラツムマブ）も使用されてきたが、その薬物動態は遅いため、投与後数日間の遅延撮像が必要となり、肝臓や脾臓における腫瘍対背景比が悪化するという欠点がある。また、標準的なFDG-PETはMM病変に対する特異性に欠ける。本研究は、患者の層別化を導くために、早期検出および正確なCDло38発現の表現型解析が可能な、迅速かつ高コントラストなイメージング剤へのニーズに応えるものである。

方法論
本研究では、前臨床モデルを用いて、$^{64}$Cu（$^{64}$Cu）標識抗CD38シングルドメイン抗体（ナノボディ）であるWF121の評価を行った。

• 分子工学： WF121ナノボディはHisタグ付きで製造され、リジン残基を介してNOTAキレーター（1,4,7-Triazacyclononane-1,4,7-triacetic acid）に結合された。質量分析により、ナノボディ分子あたり平均1.5個のキレーターが確認された。
• 放射標識： コンジュゲートは、$^{64}$Ni(d,2n)$^{64}$Cu反応によって生成された$^{64}$Cu（半減期 $T_{1/2} = 12.7$ 時間）で放射標識された。放射標識収率は一貫して95%を超え、免疫反応性は81.4%であった。
• in vitro 特性評価： CD38陽性（MM1S）およびCD38陰性（U266）細胞株を用いたフローサイトメトリーにより、結合特異性を評価した。内部移行については、共焦点顕微鏡を用いて評価した。
• in vivo モデル： C.B-17/IcrHanHsd-Prkdc-scidマウスに、MM1S（CD38+）およびU266（CD38-）細胞を用いて皮下移植モデルを作製した。
• イメージングおよび解析： マウスに対して、動的PET/CTスキャン（0–2時間）および、投与後1、2、24時間の逐次静止画取得を行った。集積量は、%ID/mL（腫瘍）および%ID/g（臓器）として定量化した。イメージングデータの検証およびトレーサー分布の局在化のために、2時間および24時間後にex vivo 生体内分布、オートラジオグラフィー、および組織学的染色（HPS）を実施した。

主な結果

• 結合と内部移行： フローサイトメトリーにより、WF121がCD38陽性のMM1S細胞に対して選択的に結合すること（推定 $K_d \approx 10$ nM）が確認された一方、CD38陰性のU266細胞には結合を示さなかった。共焦点顕微鏡の結果、WF121は主に膜結合型であり、細胞の約70%において15〜60分以内に部分的な内部移行が観察された。
• 薬物動態： 動的PETイメージングにより、ナノボディの迅速な血中クリアランスが示された。腫瘍は投与後5〜15分という早期から検出可能であった。腎臓への集積は初期に高く（全放射能の47.8%が5〜15分時に存在）、115〜125分までに63.5%に増加しており、主に腎排泄されることが示された。
• 腫瘍コントラスト： MM1S（CD38+）モデルにおいて、腫瘍集積はすべての時点においてU266（CD38-）モデルよりも有意に高かった。
  • 24時間後、MM1Sの腫瘍集積は $2.74 \pm 0.38$ %ID/mLであり、U266の $0.64 \pm 0.07$ %ID/mLと比較して高かった。
  • 腫瘍間比（MM1S/U266）は時間の経過とともに改善し、24時間後には4.3に達した。
  • Ex vivo 生体内分布により、これらの知見が裏付けられた。24時間後のMM1Sの集積は、U266の集積の5.58倍であった。
• クリアランスと局在化： オートラジオグラフィーにより、MM1S腫瘍内における均一なトレーサー分布が確認された（シグナル強度は周辺部でわずかに高い）。腎臓においては、トレーサーは主に腎皮質に局在していた。生体内分布データは効率的な腎排泄を示しており、腎臓に関連する放射能は、2時間から24時間の間に（崩壊補正後）68%から30%へと減少しており、持続的な保持は認められなかった。

意義および主張
著者らは、本研究が、$^{64}$Cu標識抗CD38ナノボディが、多発性骨髄腫におけるCD38発現の有効な早期および遅延Immuno-PETイメージングを可能にするという最初の前臨床的エビデンスを提供するものであると主張している。

本研究の意義に関する主な主張は以下の通りである：

1. $^{64}$Cu-ナノボディコンジュゲートの実現可能性： 本研究は、抗CD38ナノボディと$^{64}$Cuの組み合わせに成功したことを示している。これにより、アイソトープの長い半減期（12.7時間）を活用した遅延イメージングが可能となり、トレーサー消失後の腎臓近傍の病変検出が向上する可能性がある。
2. 診断的ポテンシャル： 高い腫瘍対背景比と迅速な取得時間は、ナノボディベースの放射性トレーサーが、CD38標的療法における非侵襲的な表現型解析および患者層別化のためのコンパニオン診断薬となる可能性を支持している。
3. フルレングス抗体に対する優位性： 結果は、分布の遅さ、肝臓・脾臓における高いバックグラウンド、および遅延イメージングの必要性といった制限を克服する上で、フルレングス抗体に対するナノボディの優位性を強調している。
4. 臨床的関連性： これらの知見は、特に患者選択が重要となる再発または抵抗性の設定において、CD38 Immuno-PETがFDG-PETと比較して、より特異的な骨髄腫病変の特定を提供できる可能性を示唆している。

論文は、結果は有望であるものの、治療反応の特定の集積閾値を定義し、これらの知見をヒト患者で検証するためには今後の臨床研究が必要であると述べており、控えめなトーンを維持している。