Konjugat

tarafından | Eyl 23, 2015 | Farmakoloji, Immunology, Onkoloji

Konjugasyon* terimi Latince “birleştirme” veya “bir araya getirme” anlamına gelen “conjugatio” kelimesinden türemiştir. İki Latince kök kelimenin birleşiminden meydana gelir:

  • “Con-” (birlikte, ile)
  • “Jugare” (birleştirmek veya boyunduruk altına almak), bu da “jugum ”dan (boyunduruk, çift sürmek için öküzler gibi şeyleri birbirine bağlamak için kullanılan bir araç) türetilmiştir.

En eski kullanımlarında conjugation genel anlamda birleştirme veya bağlama eylemine atıfta bulunuyordu. Zamanla, dilbilgisi (fiillerin özneler ve zaman belirteçleri ile birleştirilmesini ifade eder) ve biyoloji (hücrelerin veya genetik materyalin birleştirilmesini veya kaynaştırılmasını ifade eder) dahil olmak üzere çeşitli bağlamlarda gelişmiştir. Biyokimya ve immünolojide konjugasyon, etiketleme veya terapi gibi belirli bir amaca hizmet etmek üzere bir antikor ve işlevsel bir molekül gibi iki molekülün birleştirilmesi gibi daha spesifik bir anlam kazanmıştır.

Bu nedenle, antikor konjugasyonu gibi bilimsel bağlamlarda, terim, işlevsel bir bütün oluşturmak için farklı varlıkların bir araya getirilmesi temel kavramını korumaktadır.

Konjugasyon, ikinci bir işlevsel molekülün (“konjugat” olarak adlandırılır) bir antikora kimyasal olarak bağlanması ve böylece belirli uygulamalar için işlevinin değiştirilmesi veya geliştirilmesi sürecini ifade eder. Bu konjugasyon tipik olarak biyolojik tahlillerde ve teşhis tekniklerinde antijenleri daha hassas bir şekilde tespit etmek veya etiketlemek için kullanılır. Konjugat, türüne bağlı olarak çeşitli amaçlara hizmet edebilir:

  1. Enzim: Bir enzim bir antikora konjuge edildiğinde, kolorimetrik, floresan veya lüminesan reaksiyonlar yoluyla tespit edilmesini sağlar. Bu amaçla kullanılan en yaygın enzimler horseradish peroksidaz (HRP) ve alkalin fosfatazdır (AP). Bu enzimler, antijen-antikor bağlanma miktarıyla orantılı olan ölçülebilir bir sinyal üreten reaksiyonları katalize eder.
  2. İlaç: Terapötik uygulamalarda, antikorlar ilaçlarla konjuge edilebilir (antikor-ilaç konjugatları, ADC’ler). Bu kompleksler, antikorun belirli bir antijene olan özgüllüğünden yararlanarak sitotoksik ilaçları doğrudan hedef hücrelere (örneğin kanser hücreleri) iletmek üzere tasarlanmıştır. Hedef hücreye bağlandıktan sonra ilaç salınır ve hedef dışı etkileri en aza indirirken etkinliğini artırır.
  3. Floresan İşaretleyici: Floresein izotiyosiyanat (FITC) veya fikoeritrin (PE) gibi floresan boyalarla konjuge edilmiş antikorlar, immünofloresan ve akış sitometrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu floresan etiketli antikorlar, ışık kaynakları tarafından uyarıldıklarında belirli dalga boylarında ışık yayarak antijenlerin görselleştirilmesini ve miktarının belirlenmesini sağlar, böylece hücrelerde ve dokularda hassas lokalizasyon ve ölçüme olanak tanır.

Bu yaygın konjugatlara ek olarak, antikorlar nükleer tıpta görüntüleme için radyoaktif izotoplara, gelişmiş görüntüleme veya terapötik uygulamalar için nanopartiküllere veya afinite tabanlı tespit sistemleri için biyotine de konjuge edilebilir.

Konjugasyon işlemi tipik olarak fonksiyonel molekülün kimyasal bağlayıcılar aracılığıyla antikora kovalent olarak bağlanmasını içerir. Konjugatın stabil ve işlevsel kalmasını sağlarken antikorun antijen bağlama yeteneğini korumak için özen gösterilmelidir. Konjugasyon için genellikle maleimid-tiyol kimyası, karbodiimid çapraz bağlama veya klik kimyası gibi teknikler kullanılır.

Bu yöntem, antikorların ilgilenilen molekülleri hedeflemek ve etiketlemek için son derece spesifik araçlar olarak hizmet etmesini sağladığından araştırma, teşhis ve tedavi amaçları için çok önemlidir.

İmmünokonjugasyon

İmmünokonjugasyon, immünolojide bir antikorun ilaç, enzim, radyoaktif izotop veya floresan boya gibi işlevsel bir molekül veya ajana kovalent olarak bağlandığı belirli bir konjugasyon türünü ifade eder. Antikor bir hedefleme ajanı olarak görev yaparken, bağlı molekül görselleştirme, tespit veya terapötik müdahaleye izin veren işlevsellik ekler.

İmmünokonjugasyon* terimi “immuno-” (bağışıklık sistemi veya immünolojik süreçlerle ilgili) ve “konjugasyon” (birleştirme) köklerini birleştirir. İmmünokonjugatlar, patojenler veya kanser hücreleri gibi hücreler üzerindeki belirli antijenleri hedeflemede antikorların özgüllüğünden yararlanmak için tasarlanmıştır, bu da onları hem teşhis hem de tedavilerde oldukça değerli kılar. Örneğin, antikor-ilaç konjugatları (ADC’ler), ilacın doğrudan kanser hücrelerine verildiği ve sağlıklı dokulara verilen ikincil hasarı azaltan hedefli kanser tedavilerinde kullanılır.

İmmünokonjugat türleri:

  1. Antikor-İlaç Konjugatları (ADC’ler): Kemoterapiyi kanser hücrelerine seçici olarak vermek için kullanılan sitotoksik ilaçlara bağlı antikorlar.
  2. Radyoimmünkonjugatlar: Radyoimmünoterapi veya görüntülemede kullanılmak üzere radyoaktif izotoplara konjuge edilmiş antikorlar.
  3. İmmünotoksinler: Hedeflenen hücreleri seçici olarak öldürebilen toksinlere konjuge edilmiş antikorlar.
  4. Antikor-Enzim Konjugatları: Enzime bağlı immünosorbent testlerinde (ELISA) veya terapötik ajanlar olarak kullanılmak üzere enzimlere bağlanmış antikorlar.
  5. Antikor-Florofor Konjugatları: Floresan boyalara bağlanan antikorlar, öncelikle görüntüleme ve tespit uygulamalarında kullanılır.

İmmünokonjugasyonda, antikorun bir antijene spesifik olarak bağlanma yeteneği hassas hedefleme sağlarken, konjuge molekül hedef hücrelerin tespiti veya yok edilmesi gibi ek bir işlevsellik sağlar.

Keşif

1. ELISA’nın Doğuşu – 1971

Tıbbi konjugasyonun hikayesi 1971 yılında İsveçli araştırmacılar Peter Perlmann ve Eva Engvall’ın Enzyme-Linked Immunosorbent Assay’i (ELISA) tanıtmasıyla önemli bir dönüm noktasına geldi. HIV veya hepatit gibi hastalıkların tespitinin yavaş ve hantal yöntemlere bağlı olduğu bir dünya hayal edin. Perlmann ve Engvall’ın çığır açan bir fikri vardı: Bir antikora bir enzim bağlasalardı ne olurdu? Bu enzim, hedef antijene bağlandığında bir renk değişimi yaratabilir, böylece tespit çok daha hızlı ve basit hale gelirdi. Onların bu yeniliği, radyoaktif yöntemlerin yerini alarak ve bugün hala laboratuvarlarda yaygın olarak kullanılan bir aracın önünü açarak tanıda devrim yarattı.

2. Antikor-İlaç Konjugatları (ADC’ler) – 2000’lerde Hedefe Yönelik Tedavinin Yükselişi

Kanser hücrelerini hassas bir şekilde hedeflemek on yıllardır onkologların hayaliydi. 2000 yılında, lösemi tedavisi için onaylanan ilk antikor-ilaç konjugatı (ADC) olan Gemtuzumab ozogamicin’in (Mylotarg) onaylanmasıyla bu hayal gerçeğe yaklaştı. Hikaye şöyle: Araştırmacılar geleneksel kemoterapinin kanserli hücrelerin yanı sıra sağlıklı hücrelere de zarar verebileceğini biliyordu. Güçlü bir kemoterapi ilacını bir antikora bağlayarak kanser hücrelerini doğrudan hedef alabiliyorlardı. Mylotarg akıllı bir füze gibiydi ve ilacı amaçlanan hedefe yönlendiriyordu. Bu ilacın ilk yolculuğu zorluklarla karşılaşmış olsa da (kısa bir süre geri çekildi), ADC’ler kavramı ortaya çıkmış, bir araştırma dalgasını ve kanser tedavisinde artık sıradan hale gelen yeni tedavileri ateşlemişti.

3. Radyoimmünoterapi – Monoklonal Antikorların Mirası (1990’lar)

Radyoimmünoterapi** kavramı, monoklonal antikorların ilk kez radyoaktif izotoplarla eşleştirildiği 1990’lı yıllarda şekillenmeye başlamıştır. Bunun en ünlü örneği, 2002 yılında non-Hodgkin lenfoma tedavisi için FDA onayı alan Ibritumomab tiuxetan (Zevalin)‘dır. Bunun arkasındaki hikaye şudur: Bilim insanları bir antikora radyoaktif bir parçacık eklemenin radyasyonu doğrudan kanser hücrelerine verebileceğini fark ettiler. Bu hedefe yönelik tedavi şekli, sağlıklı dokulara verilen zararı en aza indirirken, terapötik etkiyi kötü huylu hücreler üzerinde yoğunlaştırıyordu. Zevalin, lenfomalı hastalar için oyunun kurallarını değiştirerek onlara kanser tedavisinde hedefe yönelik bir yaklaşım sağladı ve konjugasyon teknolojisinin çok yönlülüğünü vurguladı.

4. Trastuzumab Emtansine (Kadcyla) – 2013’te Meme Kanseri Tedavisini Değiştiriyor

Meme kanseri hastaları 2013 yılında FDA’nın HER2-pozitif meme kanseriyle savaşmak üzere tasarlanmış bir ADC olan Trastuzumab Emtansine’i (Kadcyla) onaylamasıyla yeni ve güçlü bir araca sahip oldu. Kadcyla’nın hikayesi bir hassasiyet hikayesidir. Bilim insanları, kanser hücrelerindeki HER2 reseptörlerine bağlanan bir antikor olan trastuzumab ile hücre bölünmesini engelleyen bir sitotoksik ajan olan DM1‘i birleştirdi. Bu kombinasyon, ilacın spesifik olarak kanser hücrelerine verilmesi, çoğu sağlıklı hücrenin korunması ve yan etkilerin en aza indirilmesi anlamına geliyordu. Agresif HER2-pozitif meme kanseri olan kadınlar için Kadcyla, diğerlerinin başarısız olduğu hedefe yönelik, etkili bir tedavi sunarak bir dönüm noktası oldu.

5. Bölgeye Özgü Konjugasyondaki Gelişmeler – Hassasiyet Çağı (2010’lar)

Konjugasyon teknolojisi olgunlaştıkça, bilim insanları kritik bir sorunun üstesinden gelmeye başladı: ilaçların antikorlara hassas ve kontrollü bir şekilde nasıl bağlanacağı. 2010’larda, ilaç geliştiricilerinin molekülleri antikor üzerindeki belirli noktalara bağlamasına olanak tanıyan bölgeye özgü konjugasyon gibi yeni teknikler ortaya çıktı. Bu, ilacın performansı üzerinde daha iyi kontrol ve daha az istenmeyen etki sağladı. İlk ADC’lerin vücutta stabilite ve öngörülemeyen davranışlarla ilgili sorunları olduğundan, bu yeniliğin hikayesi deneme yanılma yöntemlerinden biridir. Bölgeye özgü konjugasyon bu sorunların çoğunu çözerek terapötik yüklerin tam olarak ihtiyaç duyulan yere iletilmesini sağladı ve brentuximab vedotin (Adcetris) gibi ilaçların etkinliğini artırdı.

6. İmmünoPET – İmmünokonjugatların Görüntüleme ile Birleştirilmesi (2010’lar)

Tıbbi konjugasyonda bir başka heyecan verici sınır ImmunoPET‘in geliştirilmesiydi. 2010’larda araştırmacılar antikorları pozitron emisyon tomografisi (PET) görüntüleme ajanlarıyla birleştirmenin yollarını araştırmaya başladılar. Fikir basit ama devrim niteliğindeydi: tümörleri veya hastalık belirteçlerini hedeflemek için antikorları kullanmak ve ardından PET taramaları kullanarak bunları görselleştirmek. Bu yenilik doktorların sadece tedavi etmekle kalmayıp aynı zamanda hastalıkların gerçek zamanlı olarak nasıl ilerlediğini de hassas bir şekilde takip etmelerini sağladı. Örneğin, araştırmacılar kanserde PET görüntülemesi için antikorları Zirkonyum-89 gibi izotoplarla birleştirerek tümörlerin tedaviye nasıl yanıt verdiğine dair daha net bir resim elde ettiler. Terapi ve görüntülemenin teranostik olarak bilinen bu melezi, o zamandan beri kişiselleştirilmiş tıpta yeni kapılar açmıştır.

İleri Okuma
  1. Engvall, E., & Perlmann, P. (1971). Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Journal of Immunology, 109(1), 129-135.
  2. Witzig, T. E., Gordon, L. I., Cabanillas, F., et al. (2002). Randomized controlled trial of Zevalin radioimmunotherapy for relapsed or refractory low-grade, follicular, or transformed B-cell non-Hodgkin’s lymphoma. Journal of Clinical Oncology, 20(15), 2453-2463.
  3. Gaykema, S. B., & Verheijen, R. H. (2011). Immuno-PET for imaging of cancer: A novel tool in diagnostics. Cancer Imaging, 11(1), S36-S41.
  4. Sharkey, R. M., & Goldenberg, D. M. (2011). Perspectives on cancer therapy with radiolabeled monoclonal antibodies. Journal of Nuclear Medicine, 52(Suppl 2), 115S-127S.
  5. Verma, S., Miles, D., Gianni, L., et al. (2012). Trastuzumab emtansine for HER2-positive advanced breast cancer. New England Journal of Medicine, 367(19), 1783-1791.
  6. Sievers, E. L., & Senter, P. D. (2013). Antibody-drug conjugates in cancer therapy. Annual Review of Medicine, 64(1), 15-29.
  7. Strop, P., & Papadopoulos, K. (2015). Site-specific antibody-drug conjugates for cancer therapy. Current Opinion in Molecular Therapeutics, 17(5), 501-516.
  8. Hermanson, G.T. (2013). Bioconjugate Techniques. 3rd ed. Academic Press.
  9. Chudasama, V., Maruani, A., & Caddick, S. (2016). Recent advances in the construction of antibody-drug conjugates. Nature Chemistry, 8(2), 114-119.
  10. Beck, A., Goetsch, L., Dumontet, C., & Corvaïa, N. (2017). Strategies and challenges for the next generation of antibody–drug conjugates. Nature Reviews Drug Discovery, 16(5), 315-337.
  11. Lambert, J. M., & Berkenblit, A. (2018). Antibody–drug conjugates for cancer treatment. Annual Review of Medicine, 69(1), 191-207.
  12. Waghmare, S., Corbitt, T.S., Bennett, L., & Frazer-Abel, A.A. (2020). Optimizing antibody conjugation: An enzymatic toolbox for site-specific labeling. Journal of Immunological Methods, 485, 112826.