蛍光寿命イメージングを使用した腫瘍のプログラムされた死リガンド-1発現不均一性の生体内定量化

免疫療法のがん患者の選択は、多くの場合、バイオマーカーとしてのプログラムされたデスリガンド-1（PD-L1）発現に基づいています。PD-L1発現は現在、免疫組織化学を使用して定量化されており、ex vivo標本の微視的領域でのPD-L1発現状態のスナップショットのみを提供できます。標的剤を使用したin vivoイメージングは、複数の被験者内および複数の被験者間で腫瘍全体でPD-L1発現の動的な変動をキャプチャできます。この目標に向けて、いくつかのPD-L1標的分子イメージングプローブがマウスモデルとヒトで評価されています。ただし、これらのプローブの臨床翻訳は、イメージングプローブの有意な非固有の蓄積と、複数の被験者で比較できる定量的読み取りを提供するための従来のイメージングモダリティの不能のために制限されています。ここでは、in vivo時間領域（TD）蛍光イメージングが、未処理のマウスにわたってベースライン腫瘍PD-L1不均一性の定量的推定値を提供し、臨床的に関連する抗PD1治療を受けているマウス間のPD-L1発現の変動を提供できることを報告します。このアプローチは、非特異的αPDL1-800と比較して、IRDYE 800CW（αPDL1-800）にタグ付けされたPD-L1特異的抗PD-L1抗体の大幅に長い蛍光寿命（FLT）に依存しています。このユニークなFLTコントラストを活用して、PD-L1発現は、平面FLTイメージングを使用して表在性乳房腫瘍の両方でマウス全体で、および蛍光トモグラフィーの漸近TDアルゴリズムを使用して深部座りの肝臓腫瘍（> 5 mm深さ）の両方で定量化できることを示しています。我々の結果は、FLTコントラストが、被験者間で容易に比較できる受容体発現の堅牢な定量的読み取りを提供することにより、前臨床調査と新規分子イメージングプローブの臨床翻訳を加速できることを示唆しています。

Cancer patient selection for immunotherapy is often based on programmed death-ligand-1 (PD-L1) expression as a biomarker. PD-L1 expression is currently quantified using immunohistochemistry, which can only provide snapshots of PD-L1 expression status in microscopic regions of ex vivo specimens. In vivo imaging using targeted agents can capture dynamic variations of PD-L1 expression in entire tumors within and across multiple subjects. Towards this goal, several PD-L1 targeted molecular imaging probes have been evaluated in murine models and humans. However, clinical translation of these probes has been limited due to a significant non-specific accumulation of the imaging probes and the inability of conventional imaging modalities to provide quantitative readouts that can be compared across multiple subjects. Here we report that in vivo time-domain (TD) fluorescence imaging can provide quantitative estimates of baseline tumor PD-L1 heterogeneity across untreated mice and variations in PD-L1 expression across mice undergoing clinically relevant anti-PD1 treatment. This approach relies on a significantly longer fluorescence lifetime (FLT) of PD-L1 specific anti-PD-L1 antibody tagged to IRDye 800CW (αPDL1-800) compared to nonspecific αPDL1-800. Leveraging this unique FLT contrast, we show that PD-L1 expression can be quantified across mice both in superficial breast tumors using planar FLT imaging, and in deep-seated liver tumors (>5 mm depth) using the asymptotic TD algorithm for fluorescence tomography. Our results suggest that FLT contrast can accelerate the preclinical investigation and clinical translation of novel molecular imaging probes by providing robust quantitative readouts of receptor expression that can be readily compared across subjects.