Affinity targeting of therapeutic proteins to the bone surface – local delivery of sclerostin neutralizing antibody enhances efficacy

硬骨素 化学 骨质疏松症 抗体 麦克赫里 双膦酸盐 贪婪 细胞生物学 医学 内科学 免疫学 生物化学 生物 绿色荧光蛋白 信号转导 Wnt信号通路 基因
作者
Boya Zhang,W. Benton Swanson,Margaret Durdan,Heather N Livingston,Michaela Dodd,Sachith M. Vidanapathirana,Alec A. Desai,Lindsey C. Douglas,Yuji Mishina,Megan Weivoda,Colin F. Greineder
出处
期刊:Journal of Bone and Mineral Research [Wiley]
标识
DOI:10.1093/jbmr/zjae050
摘要

Abstract Currently available biotherapeutics for the treatment of osteoporosis lack explicit mechanisms for bone localization, potentially limiting efficacy and inducing off-target toxicities. While various strategies have been explored for targeting the bone surface, critical aspects remain poorly understood, including the optimal affinity ligand, the role of binding avidity and circulation time, and, most importantly, whether or not this strategy can enhance the functional activity of clinically relevant protein therapeutics. To investigate, we generated fluorescent proteins (eg, mCherry) with site-specifically attached small molecule (bisphosphonate) or peptide (deca-aspartate, D10) affinity ligands. While both affinity ligands successfully anchored fluorescent protein to the bone surface, quantitative radiotracing revealed only modest femoral and vertebral accumulation and suggested a need for enhanced circulation time. To achieve this, we fused mCherry to the Fc fragment of human IgG1 and attached D10 peptides to each C-terminus. The mCherry-Fc-D10 demonstrated an ~80-fold increase in plasma exposure and marked increases in femoral and vertebral accumulation (13.6% ± 1.4% and 11.4% ± 1.3% of the injected dose/g [%ID/g] at 24 h, respectively). To determine if bone surface targeting could enhance the efficacy of a clinically relevant therapeutic, we generated a bone-targeted sclerostin-neutralizing antibody, anti-sclerostin-D10. The targeted antibody demonstrated marked increases in bone accumulation and retention (20.9 ± 2.5% and 19.5 ± 2.5% ID/g in femur and vertebrae at 7 days) and enhanced effects in a murine model of ovariectomy-induced bone loss (bone volume/total volume, connectivity density, and structure model index all increased [P < .001] vs untargeted anti-sclerostin). Collectively, our results indicate the importance of both bone affinity and circulation time in achieving robust targeting of therapeutic proteins to the bone surface and suggest that this approach may enable lower doses and/or longer dosing intervals without reduction in biotherapeutic efficacy. Future studies will be needed to determine the translational potential of this strategy and its potential impact on off-site toxicities.

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