Cell-to-cell heterogeneity can substantially impact drug response, especially for monoclonal antibody (mAb) therapies that may exhibit variability in both delivery (pharmacokinetics) and action (pharmacodynamics) within solid tumors. However, it has traditionally been difficult to examine the kinetics of mAb delivery at a single-cell level and in a manner that enables controlled dissection of target-dependent and -independent behaviors. To address this issue, here we developed an in vivo confocal (intravital) microscopy approach to study single-cell mAb pharmacology in a mosaic xenograft comprising a mixture of cancer cells with variable expression of the receptor HER2. As a proof-of-principle, we applied this model to trastuzumab therapy, a HER2-targeted mAb widely used for treating breast and gastric cancer patients. Trastuzumab accumulated to a higher degree in HER2-over expressing tumor cells compared to HER2-low tumor cells (~5:1 ratio at 24 h after administration) but importantly, the majority actually accumulated in tumor-associated phagocytes. For example, 24 h after IV administration over 50% of tumoral trastuzumab was found in phagocytes whereas at 48 h it was >80%. Altogether, these results reveal the dynamics of how phagocytes influence mAb behavior in vivo, and demonstrate an application of intravital microscopy for quantitative single-cell measurement of mAb distribution and retention in tumors with heterogeneous target expression. © 2019 International Society for Advancement of Cytometry.

中文翻译：

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曲妥珠单抗的单细胞活体显微镜量化异质体内动力学。

细胞间异质性会显着影响药物反应，特别是对于单克隆抗体 (mAb) 疗法，这些疗法可能在实体瘤中表现出递送（药代动力学）和作用（药效学）的可变性。然而，传统上很难在单细胞水平上检查 mAb 传递的动力学，并以一种能够对目标依赖性和独立行为进行受控解剖的方式进行检查。为了解决这个问题，我们在这里开发了一种体内共聚焦（活体）显微镜方法来研究镶嵌异种移植物中的单细胞 mAb 药理学，该异种移植物包含具有受体 HER2 可变表达的癌细胞混合物。作为原理证明，我们将该模型应用于曲妥珠单抗治疗，这是一种广泛用于治疗乳腺癌和胃癌患者的 HER2 靶向单克隆抗体。与 HER2 低的肿瘤细胞相比，曲妥珠单抗在 HER2 过表达的肿瘤细胞中积累的程度更高（给药后 24 小时的比例约为 5:1），但重要的是，大多数实际上积累在肿瘤相关的吞噬细胞中。例如，IV 给药后 24 小时，在吞噬细胞中发现超过 50% 的肿瘤曲妥珠单抗，而在 48 小时时则大于 80%。总之，这些结果揭示了吞噬细胞如何影响体内 mAb 行为的动力学，并证明了活体显微镜在具有异质靶标表达的肿瘤中 mAb 分布和保留的定量单细胞测量中的应用。© 2019 国际细胞计量学促进会。大多数实际上积累在肿瘤相关的吞噬细胞中。例如，IV 给药后 24 小时，在吞噬细胞中发现超过 50% 的肿瘤曲妥珠单抗，而在 48 小时时则大于 80%。总之，这些结果揭示了吞噬细胞如何影响体内 mAb 行为的动力学，并证明了活体显微镜在具有异质靶标表达的肿瘤中 mAb 分布和保留的定量单细胞测量中的应用。© 2019 国际细胞计量学促进会。大多数实际上积累在肿瘤相关的吞噬细胞中。例如，IV 给药后 24 小时，在吞噬细胞中发现超过 50% 的肿瘤曲妥珠单抗，而在 48 小时时则大于 80%。总之，这些结果揭示了吞噬细胞如何影响体内 mAb 行为的动力学，并证明了活体显微镜在具有异质靶标表达的肿瘤中 mAb 分布和保留的定量单细胞测量中的应用。© 2019 国际细胞计量学促进会。并展示活体显微镜在具有异质靶标表达的肿瘤中单细胞定量测量 mAb 分布和保留的应用。© 2019 国际细胞计量学促进会。并展示活体显微镜在具有异质靶标表达的肿瘤中单细胞定量测量 mAb 分布和保留的应用。© 2019 国际细胞计量学促进会。