DISS. ETH No. 22076
NON-INTERNALIZING
ANTIBODY-DRUG CONJUGATES
FOR CANCER THERAPY
A dissertation submitted to
ETH ZURICH
for the degree of
Doctor of Sciences
presented by
ELENA PERRINO
Laurea in Chimica e Tecnologie Farmaceutiche
Università degli studi di Milano
Born on December 13,1978
Citizen of Italy
Accepted on the recommendation of
Prof. Dr. Dario Neri (examiner)
Prof. Dr. Karl-Heinz Altmann (co-examiner)
2014
1
Summaries
1.1
Summary
Antibody-drug
conjugates
(ADCs)
represent
an
innovative
class
of
biopharmaceuticals, which aim at achieving a site-specific delivery of cytotoxic
agents to the neoplastic mass. The use of ADCs represents a promising
strategy to overcome the disadvantages of conventional pharmacotherapy of
cancer, based on cytotoxic agents. ADCs consist of monoclonal antibodies
(mAbs) attached to biologically active drugs by means of cleavable chemical
linkers. Advances in technologies for the coupling of antibodies to cytotoxic
drugs promise to deliver greater control of drug pharmacokinetic properties
and to significantly improve pharmacodelivery applications, minimizing
exposure of healthy tissue.
In this thesis, we have used the F8 antibody1, specific to the alternatively
spliced EDA domain of fibronectin, as a delivery vehicle for the preparation of
novel antibody-drug conjugates. The EDA domain of fibronectin is a noninternalizing antigen, which is virtually absent in the normal adult body
(exception made for the female reproductive system, where physiological
angiogenesis occurs), while being strongly expressed in virtually all
aggressive malignancies. The F8 antibody was used in Small Immune Protein
(SIP) format, allowing a site-specific coupling of the C-terminal cysteine
residue to cytotoxic drugs2.
We have generated and tested in vivo several antibody-drug conjugates,
based on epothilones, duocarmycins and maytansinoids (DM1) as cytotoxic
drugs. The most impressive therapeutic results were obtained with the DM1
conjugates, which led to complete tumor eradications in immunocompetent
mice bearing F9 teratocarcinoma3. These findings are of therapeutic
significance, since they represent the first example, in which anticancer
curative
results
were
obtained
with
non-internalizing
antibody-drug
conjugates.
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1.2
Riassunto
Gli anticorpi coniugati a farmaci rappresentano una classe innovativa di
prodotti biofarmaceutici, ideati al fine di veicolare agenti citotossici
specificamente alla massa tumorale. L’uso dei coniugati anticorpo-farmaco
rappresenta una promettente strategia terapeutica per superare gli svantaggi
della classica chemioterapia per il cancro basata su agenti citotossici.
I coniugati anticorpo-farmaco sono costituiti da anticorpi monoclonali uniti a
farmaci biologicamente attivi per mezzo di legami chimici clivabili. Progressi
nelle tecniche di coniugazione anticorpo-farmaco citotossico, permettono un
maggior
controllo
della
farmacocinetica
del
farmaco
e
migliorano
significativamente il veicolo del farmaco al tessuto bersaglio, minimizzando gli
effetti collaterali per i tessuti sani.
Nel lavoro di ricerca per questa tesi, l’anticorpo F81, specifico per il dominio di
splicing alternativo della fibronectina EDA, è stato usato nella preparazione di
nuovi coniugati anticorpo-farmaco. Il dominio EDA della fibronectina è un
antigene non-internalizzante, virtualmente assente nel corpo adulto in
condizioni di salute (eccezion fatta per il sistema riproduttivo femminile, dove
si ha angiogenesi fisiologica), ma espresso in grande quantità virtualmente in
tutti i tumori maligni. L’anticorpo F8 è stato usato nel formato “small immune
protein” (SIP) che permette una coniugazione sito-specifica del carbonio
terminale del residuo cisteinico a farmaci citotossici2.
Abbiamo generato e testato in vivo diversi coniugati anticorpo-farmaco, basati
su diversi farmaci citotossici, come epotiloni, duocarmicine e maitansinoidi
(DM1). I risultati terapeutici piu’ significativi sono stati ottenuti con i coniugati
contenenti DM1 che hanno portato a completa eradicazione del tumore in topi
immunocompetenti affetti da teratocarcinoma F93. Queste evidenze sono
importanti dal punto di vista terapeutico, dato che rappresentano il primo
esempio di cura del cancro ottenuta con coniugati anticorpo-farmaco noninternalizzanti.
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