Advances in ^99mTc-Labeling of Antibodies^[*]

Several methods have been developed to label antibodies with ^99mTc. Direct labeling results in ^99mTc binding to multiple sites of various affinities that are often weaker than the binding to strong chelating agents. Attempts to overcome this disadvantage involve conjugation of strong chelating agents to the antibodies. While stability is usually enhanced, this approach suffers from alteration of antibody properties as well as non-specific binding of ^99mTc to the antibody instead of to the conjugated chelating agent. This has been of concern for studies with DTPA as the chelating agent. In this study the loss of ^99mTc by N₂S₂ challenge shows that a fraction of the ^99mTc is nonspecifically bound to the antibody. An advantage of the approach of labeling antibodies containing a bifunctional chelating agent is the simplicity of the labeling procedure and the apparent high yields that in reality are the sum of chelating agent and non-specifically bound radioactivity. The last approach described in our work of conjugation of a preformed chelate has advantages of characterizable ^99mTc complex chemistry and conjugation by standard protein derivatiza- tion chemistry. Slow chelation kinetics can be overcome in the small molecule stage and then conjugation performed under mild conditions with respect to the antibody or fragments. This approach, however, suffers from greater complexity of the labeling process including multiple steps, purifications and non-quantitative yields. The use of ligands for ^99mTc in which the complexes are of high stability and predictable chemistry is likely to result in eventual optima labeling technologies. Processes which are non-specific may work in some cases, but are likely to present difficulties in optimization and general applicability from antibody to antibody.

Zusammenfassung

Verschiedene Methoden wurden entwickelt, um Antikörper mit ^99mTc zu markieren. Eine direkte Markierung resultiert in einer ^99mTc-Bindung an multiple Bindungsstellen von unterschiedlicher Affinität, die oft schwächer ist als die Bindung an starke Chelatbildner. Versuche, diesen Nachteil zu überwinden, erfordern die Konjugation eines starken Chelatbildners an den Antikörper. Während die Stabilität normalerweise vergrößert wird, leidet dieses Vorgehen sowohl an einer Veränderung der Antikörpereigenschaften als auch an einer unspezifischen Bindung von ^99mTc an den Antikörper anstatt den konjugierten Chelatbildner. Dies hat Bedeutung für Untersuchungen mit DTPA als Chelatbildner. Der Verlust von ^99mTc durch eine N₂S₂-Herausforderung zeigte in dieser Studie, daß eine Fraktion von ^99mTc unspezifisch an den Antikörper gebunden wird. Ein Vorteil der Methode, einen Antikörper zu markieren, der einen bifunktionellen Chelatbildner enthält, ist die Einfachheit der Markierungsvorgänge und die offensichtlich hohen Ausbeuten, die in Wirklichkeit die Summe der an den Chelatbildnern und der unspezifisch gebundenen Radioaktivität sind. Die letzte in unserer Arbeit beschriebene Methode, Konjugation eines präfor- mierten Chelats, weist die Vorteile einer charakterisierbaren ^99mTc Komplexchemie und einer Konjugation durch eine Standard-Protein-Derivat-Chemie auf. Eine langsame Chelatbildungskinetik kann im kleinen Molekülbereich überwunden werden und die Konjugation kann unter milden Bedingungen mit Hinblick auf den Antikörper oder das Fragment vorgenommen werden. Dieses Vorgehen leidet jedoch unter einer größeren Komplexität des Markierungsprozesses, der verschiedene Schritte, Reinigungen und eine nichtquantitative Ausbeute einschließt. Die Verwendung von Liganden für ^99mTc, in welchen sich die Komplexe durch eine hohe Stabilität und voraussagbare Chemie auszeichnen, wird mit einiger Wahrscheinlichkeit in optimalen Markierungstechnologien münden. Prozesse, die unspezifisch sind, mögen in einigen Fällen funktionieren, werden aber wahrscheinlich bei der Optimierung und allgemeinen Anwendbarkeit von Antikörper zu Antikörper Schwierigkeiten bereiten.

^* Presented at the Symposion on “Monoclonal Antibodies in Nuclear Medicine” in Freiburg i.Br., May 1-3, 1986.

• REFERENCES

• 1 Arano Y, Yokoyamâ A, Magata H. et al. Synthesis and evaluation of a new bifunctional chelating agent for ^99mTc labeling proteins: P-Carboxyethyl-phenyl- glyoxaldi-(N-methylthiosemicarbazone). Int. J. nucl. Med. Biol 1986; 12: 425-30.
• 2 Burchiel S. W, Hadjian R. A, Hladik W. B. et al. Biodistribution and pharmacokinetic analysis of ^99mTc-metallothio- nein conjugated to B72.3 antibodies in rhesus monkeys. J. nucl. Med 1986; 27: 896 (abstr).
• 3 Childs R. L, Hnatowich D. J. Optimum conditions for labeling of DTPA- coupled antibodies with ^99mTechnetium. J. nucl. Med 1985; 26: 293-9.
• 4 Costello C. E, Brodack J. W, Jones A. G. et al. The investigation of radiopharmaceutical components by fast atom bombardment mass spectrometry: The identification of Tc-HIDA and the epimers of Tc-Co₂DADS. J. nucl. Med 1983; 24: 353-5.
• 5 Fritzberg A. R. Current status of renal radiopharmaceuticals. J. nucl. Med. Tech 1984; 12: 177-88.
• 6 Fritzberg A. R, Kasina S, Reno J. M. et al. Radiolabeling of antibodies with ^99mTc using N₂S₂ ligands. J. nucl. Med 1986; a27: 957-8 (abstr).
• 7 Fritzberg A. R, Nunn A. D. Radio- HPLC: Application to organics and metal chelate chemistry. In: Analytical and Chromatographic Techniques in Radiopharmaceutical Chemistry. Wieland D. M, Tobes M. C, Mangner T. J. eds. 183-212 Springer; New York: 1986
• 8 Hwang K. M, Keenan A. M, Frincke J. et al. Dynamic interaction of ¹¹’Indium- labeled monoclonal antibodies with surface antigens of solid tumors visualized in vivo by external scintigraphy. J. natl. Cancer Inst 1986; 76: 849-55.
• 9 Kasina S, Fritzberg A. R, Johnson D. L, Eshima D. Tissue distribution properties of ^99mTc diamide dimercaptide complexes and potential use as renal radiopharmaceuticals. J. med. Chem 1986; 29: 1933-40.
• 10 Kasina S, Vanderheyden J-L, Fritzberg A. R. Application of diamide dimercaptide N₂S₂ bifunctional chelating agents for ^99mTc labeling of proteins. In: Proc. Intl. Radiopharmaceutical Chemistry Symp. 269-71 Boston; 1986
• 11 Larson S. M, Brown J. P, Wright P. W. et al. Imaging of melanoma with ¹³¹I labeled monoclonal antibodies. J. nucl. Med 1983; 24: 123-9.
• 12 Paik C. H, Ebbert M. A, Murphy P. R. et al. Factors influencing DTPA conjugation with antibodies by cyclic DTPA anhydride. J. nucl. Med 1983; 24: 1158-63.
• 13 Paik C. H, Pham L. N. B, Hong J. J. et al. The labeling of high affinity sites of antibodies with ^99mTc. Int. J. nucl. Med. Biol 1985; 12: 3-8.
• 14 Rhodes B. A, Burchiel S. W. Radiolabeling of antibodies with ^99mTechnetium. In: Radioimmunoimaging and Radioimmunotherapy. Burchiel S. W, Rhodes B. A. eds. 207-22 Elsevier; New York: 1983
• 15 Rhodes B. A, Zamora P. O, Newell K. D, Valdez E. F. ^99mTechnetium labeling of murine monoclonal antibody fragments. J. nucl. Med 1986; 27: 685-93.
• 16 Tolman G. L, Hadjian R. J, Morelock M. M. et al. In vivo tumor localization of Technetium-labeled metallothionein/ monoclonal antibody conjugates. J. nucl. Med 1984; 25: 20 (abstr).
• 17 Wong D. W, Mishkin F, Lee T. A rapid chemical method of labeling human plasma proteins with ^99mTc-pertechnetate at pH 7.4. Int. J. nucl. Med. Biol 1979; 20: 967-72.