DE69527050T2 - Bispezifische moleküle mit klinischer verwendbarkeit - Google Patents
Bispezifische moleküle mit klinischer verwendbarkeitInfo
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Description
- Mehrere Arten von Effektorzellen, wie beispielsweise Monozyten, Neutrophile und natürliche Killer (NK)-Zellen weisen Oberflächenrezeptoren auf, die den Fc-Anteil von Immunglobulinen binden. Wenn derartige Zellen auf Targetzellen bzw. Zielzellen treffen, die mit Immunglobulin-Antikörpem opsonisiert wurden, bilden sie Konjugate und unterwerfen die Zielzellen entweder einer Lyse oder einer Phagozytose, abhängig vom Effektorzelltyp, dem Zielzelltyp und dem speziell involvierten Fc-Rezeptortyp (FcR).
- Es wurde gezeigt, dass eine Zielzell-Konjugation mit einer Effektorzelle und eine Lyse auch durch einen kovalent vernetzten bispezifischen Heteroantikörper induziert werden kann, der sowohl aus einem Anti-FcR-Rezeptorantikörper als auch aus einem Antikörper hergestellt ist, der gegen ein Zielzellepitop gerichtet ist. Wenn Effektorzellen derartige Heteroaggregate an ihren Fc-Rezeptor binden können, können sie Zielzellen spezifisch binden und auflösen, die nicht opsonisiert wurden, die jedoch das geeignete Zielantigen exprimieren (siehe beispielsweise US-Patentanmeldung Seriennummer: 972 871; Karpovsky et al. (1984), J. Exp. Med., 160: 1686-1701). Segal et al. haben von einer Zytolyse von Tumorzellen durch Mausmonozyten mit einem angebundenen Heteroantikörper berichtet, der den Fc-Rezeptor des Monozyten am einen Ende mit den Tumorzellepitopen am anderen Ende verbindet (siehe US-Patent Nr. 4 676 980). Es wurde kürzlich gezeigt, dass eine Vielzahl bispezifischer monoklonaler Antikörper und Immuntoxine in vitro ebenso wie in vivo Antitumorwirkungen verleihen (siehe beispielsweise Weltpatent Nr. 9208892; Pan et al. (1990), J. Immunol., 145: 267-275; Trail et al. (1993), Science (Washington, D. C.), 261: 212-215; Weiner et al. (1993), J. Immunol., 151: 2877-2886; Link et al. (1993), Blood, 81: 3343-3349; und Vallera, D. A. (1994), Blood, 83: 309-317).
- Die Bindung eines Heteroantikörpers an FcR wird durch den Fc-Bereich des Antikörpers vermittelt. Diese Bindung ist üblicherweise einer Hemmung durch physiologische Konzentrationen eines Immunglobulins gegenüber anfällig. Jedoch wurden monoklonale Antikörper, die an eine Stelle des Fc-Rezeptors binden, die von der Bindungsstelle für endogenes Immunglobulin beabstandet bzw. verschieden ist, produziert (siehe beispielsweise Anderson et al., J. Biol. Chem. 261: 12856 (1986); und Shen et al., 3. Immunol. 137: 3378- 3382 (1986). Diese Antikörper sind als Effektor-spezifische Komponente von Heteroantikörpern von Nutzen, weil Serumimmunglobulin die ins Ziel gefasste Abtötung durch Effektorzellen nicht stört.
- Heteroantikörper weisen einen großen Umfang bzw. eine große Abmessung auf und präsentieren deswegen bestimmte Schwierigkeiten, wenn sie klinisch verwendet werden. Kleinere Moleküle, die zur Bindung von Zielzellen und Effektorzellen in der Lage sind, und die eine ADCC initiieren, wären von Nutzen.
- Gemäß einem Grundgedanken betrifft die Erfindung ein bispezifisches Molekül, das Folgendes umfasst:
- (a) einen nicht-Immunglobulin Tumorzell- (beispielsweise menschliches kleinzelliges Lungenkarzinom) spezifischen Liganden; und
- (b) einen Antikörper, der den Fc-Rezeptor (beispielsweise FcγRI, FcγRII oder FcγRIII) einer Effektorzelle an einer Stelle bindet, die durch endogenes Immunglobulin nicht gehemmt wird.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Antikörper oder das funktionelle Antikörperfragment spezifisch für die Fc-Rezeptoren (FcR) von Effektorzellen. Am meisten bevorzugt umfassen die bispezifischen Moleküle der vorliegenden Erfindung einen Effektorzell-spezifischen Antikörper oder ein funktionelles Fragment hiervon, der an den FcR an einer Stelle bindet, die von der Bindungsstelle für endogenes Immunglobulin getrennt ist; und einen Zielzell-spezifischen Liganden, der an einen Tumorzellrezeptor bindet, am meisten bevorzugt den Gastrin-Freisetzungspeptid (gastrin-releasing peptide = GRP)-Rezeptor, der von kleinzelligen Lungenkarzinomzellen (SCCL-Zellen) exprimiert wird.
- Gemäß einem zweiten Grundgedanken betrifft die Erfindung eine Tumorzell- (beispielsweise ein menschliches kleinzelliges Lungenkarzinom) spezifische Effektorzelle zur Induktion einer Antikörper-abhängigen Effektorzell-vermittelten Zytotoxizität gegen eine Tumorzelle, die Folgendes umfasst:
- (a) einen Tumorzell- (beispielsweise menschliches kleinzelliges Lungenkarzinom) spezifischen Liganden; und
- (b) einen Antikörper, der den Fc-Rezeptor (beispielsweise FcγRI, FcγRII oder FcγRIII) einer Effektorzelle an einer Stelle bindet, die nicht durch endogenes Immunglobulin gehemmt wird.
- Vorzugsweise ist bei einer Ausführungsform der Erfindung der Ligand ein autokriner Wachstumsfaktor (beispielsweise insulin-artiger Wachstumsfaktor I, Transferrin, vasoaktives intestinales Peptid, Neurotensin, Neuromedin B, Neurophysin, Tumornekrosefaktor, transformierender Wachstumsfaktor alpha, Plättchenwachstumsfaktor, der Transferrinrezeptor und Analoga des Vorhergehenden).
- Vorzugsweise wird bei einer Ausführungsform der Erfindung der Antikörper aus mAb22, mAb32, mAb44, mAb62 und mAb197 ausgewählt.
- Bei einer Ausführungsform des Moleküls der Erfindung ist der Tumorzell-spezifische Ligand vorzugsweise Bombesin oder ein Analogon hiervon, und der Antikörper ist ein menschlicher FcγRI-spezifischer monoklonaler Antikörper.
- Eine Ausführungsform der Erfindung liegt vorzugsweise in einem pharmazeutisch akzeptablen Medium oder Träger. Besonders bevorzugt besteht eine Ausführungsform der Erfindung in der Verwendung in der Therapie oder Prophylaxe.
- Bei einem dritten Grundgedanken betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Moleküls oder einer Zelle bei der Herstellung eines Medikamentes zum
- (a) Induzieren einer spezifischen Antikörper-abhängigen Effektorzell-vermittelten Zytotoxizität gegen eine Tumorzelle (beispielsweise menschliche kleinzellige Lungenkarzinomzelle) bei einem Patienten; oder
- (b) Stimulieren einer Immunreaktion bei einem Patienten.
- Hierin beschrieben sind Verfahren zur Herstellung neuartiger bispezifischer Moleküle und Verfahren, die Moleküle therapeutisch zu verwenden, beispielsweise um eine Antikörperabhängige Effektorzell-vermittelte Zytotoxizität (antibody dependent effector cell-mediated cytotoxicity = ADCC) zu induzieren oder um diese prophylaktisch als eine Vakzine zu verwenden.
- Die neuen bifunktionellen Moleküle, die hierin beschrieben sind, weisen im Allgemeinen eine kleinere Dimension als Heteroantikörper auf und der Zielzell-spezifische Ligand, der an die Zielzelle bindet, ahmt eine normale Physiologie nach. Deswegen bieten die vorliegenden bifunktionellen Moleküle bestimmte therapeutische Vorteile (beispielsweise eine reduzierte Immunogenität).
- Die obigen erörterten und viele weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung besser verständlich werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zur Hand genommen werden.
- Fig. 1 zeigt das Schema für das Konjugieren von Lys³-Bombesin und mAb22 oder von F(ab')&sub2;-Fragmenten hiervon.
- Fig. 2 zeigt eine Durchflusszytometrie-Analyse eines bispezifischen Moleküls (Lys³- Bombesin-mAb22), das an vier kleinzellige Lungenkarzinom-(SCCL) zelllinien, nämlich SHP77, H69, DMS273 und H345 bindet.
- Fig. 3 zeigt die Fähigkeit eines bispezifischen Moleküls, das an mAb22 gebundenes Lys³-Bombesin umfasst, eine Lyse von vier unterschiedlichen SCCL-Zelllinien in verschiedenen Effektorzell-zu-Zielzell-Verhältnissen zu induzieren, wie durch durchflusszytometrische Analyse bestimmt wurde. Die Bindungsfähigkeit ist sowohl als eine absolute Prozentzahl von Zellen, die gefärbt wurde, ausgedrückt als auch als eine durchschnittliche Fluoreszenz-Intensität (mean fluorescence intensity = MFI) der gesamten Zellpopulation.
- Fig. 4 zeigt die Fähigkeit verschiedener Konzentrationen eines bispezifischen Moleküls (Lys³-Bombesin-mAb22), eine Lyse von SCCL-Zellen aus der Zelllinle SHP-77 zu induzieren. Der Aktivitätspeak zur Vermittlung einer Tumorzelllyse ist in einem breiten Bereich bispezifischer Molekülkonzentrationen ersichtlich, der sich von 25 bis 25.000 ng/ml bewegt.
- Die vorliegende Erfindung basiert auf der überraschenden Erkenntnis, dass für eine spezielle Zielzelle spezifische Liganden zur Initiierung einer spezifischen Antikörper-abhängigen Effektorzell-vermittelten Zytotoxizität gegen die Zielzelle (ADCC) verwendbar sind. Gemäß einem Grundgedanken umfasst die vorliegende Erfindung bispezifische Moleküle, die einen für eine Zielzelle spezifischen Liganden und einen Antikörper oder ein funktionelles Antikörperbruchstück bzw. -fragment umfassen, das für eine Effektorzelle spezifisch ist.
- Wie hierin verwendet, sollen die nachfolgenden Begriffe und Ausdrücke wie folgt definiert werden: "bispezifisches Molekül" soll ein Molekül bedeuten, das einen Antikörperanteil aufweist, der zur Bindung an einen Fc-Rezeptor (FcR) auf einer Effektorzelle in der Lage ist;
- und einen Ligandenanteil, der dazu in der Lage ist, von einem Rezeptor oder einem Antikörper auf einer Zielzelle gebunden zu werden.
- "Zielzell-spezifischer Ligand" wie hierin verwendet, betrifft Moleküle (beispielsweise Peptide, Polypeptide oder Proteine), die spezifisch mit einer Zielzelle wechselwirken, beispielsweise mittels eines Zielzellenoberflächenrezeptors oder -antikörpers. Bevorzugte Liganden der vorliegenden Erfindung binden in erster Linie an Zielzellen und keine anderen Zellen, wenn sie in vivo verabreicht werden. Vorzugsweise ist der Ligand ein Element eines Bindungspaares mit einem Rezeptor oder Antikörper, der in erster Linie von der Zielzelle exprimiert wird.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Zielzell-spezifische Ligand ein Ligand für den gastrin-releasing peptide (GRP)-Rezeptor, der von Zellen des kleinzelligen Lungenkarzinoms (SCCL) exprimiert wird. Wie hierin gezeigt, binden GRP-Rezeptoren von SCCL-Zellen spezifisch GRP und ein Analogon, Bombesin, ein Aminosäure-Peptid aus 14 Aminosäuren, das eine Carboxy-terminale Heptapeptid-Sequenz enthält, die mit derjenigen von GRP identisch ist. Demgemäß schließen bevorzugte Liganden der vorliegenden Erfindung Bombesin, gastrin-releasing peptide (GRP) und funktionelle Fragmente oder Analoga hiervon ein. Der Begriff Fragmente oder Analoga hiervon soll Aminosäuresequenzen einschließen, die sich durch eine oder mehrere Aminosäure- Substitutionen, Additionen oder Deletionen vom nativen Bombesin oder GRP-Protein in voller Länge unterscheiden, wie beispielsweise Allel-Varianten. Bevorzugte Fragmente und Analoga von Bombesin und GRP weisen die Fähigkeit auf, an den Bombesin-/GRP-Rezeptor von SCCL-Zellen zu binden, und sind zumindest 50% homolog, vorzugsweise 60% homolog und am meisten bevorzugt zumindest 70% zu der Aminosäuresequenz von nativem Bombesin oder GRP homolog. Peptide die die Fähigkeit aufweisen, an den Bombesin-/GRP- Rezeptor von SCCL-Zellen zu binden und die zumindest 90%, besonders bevorzugt zumindest 95% und am meisten bevorzugt 98 bis 99% Homologie mit der Aminosäuresequenz von nativem Bombesin oder GRP aufweisen, liegen ebenfalls innerhalb des Umfangs der Erfindung. Homologie bedeutet Sequenzähnlichkeit zwischen zwei Peptiden mit der Fähigkeit, an den Bombesin-/GRP-Rezeptor von SCCL-Zellen zu binden. Die Homologie kann durch Vergleich einer Position in jeder Sequenz bestimmt werden, die zu Vergleichszwecken aneinander mit größtmöglicher Genauigkeit ausgerichtet bzw. aligned werden. Wenn eine Position in der verglichenen Sequenz von derselben Base oder Aminosäure belegt ist, dann sind die Moleküle in dieser Position homolog. Ein Homologiegrad zwischen Sequenzen ist eine Funktion der Anzahl der Übereinstimmungen oder homologen Positionen, die von diesen Sequenzen geteilt werden.
- SCCL ist ein neuroendokriner Tumor, der zusätzlich zu Bombesin/GRP weitere hormonale Wachstumsfaktoren zur Proliferation benötigt. Diese weiteren Wachstumsfaktoren schließen beispielsweise Insulin-artigen Wachstumsfaktor I, Transferrin, vasoaktives intestinales Peptid, Neurotensin, Neuromedin B, Neurophysin, Tumornekrosefaktor, transformierenden Wachstumsfaktor Alpha, Plättchenwachstumsfaktor und weitere Peptide ein. Es wurde gezeigt, dass einige der Rezeptoren für diese Wachstumsfaktoren auf der SCCL-Zell- Oberfläche exprimiert werden. Deswegen können diese Wachstumsfaktoren ebenfalls als Zielzell-spezifische Liganden in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die bispezifischen Moleküle der vorliegenden Erfindung, die mit unterschiedlichen Liganden gebildet werden, die für eine spezifische Zielzelle spezifisch sind, wie beispielsweise die oben für SCCL-Zellen beschriebenen Liganden, können alleine oder zusammen miteinander verabreicht werden, um den Zielzelltod zu induzieren. Weil jeder Wachstumsfaktor einen unterschiedlichen Signalübertragungsweg stimulieren kann, kann eine gleichzeitige Verabreichung der bispezifischen Moleküle eine synergistische Wirkung aufweisen.
- Die Liganden der vorliegenden Erfindung schließen ebenfalls Antagonisten gegen die Rezeptoren von Zielzellen ein. Antagonisten-Liganden stellen eine zusätzlichen therapeutischen Vorteil der Hemmung des Wachstums von Zielzellen nach der Bindung bereit, potentiell sogar bei Fehlen von Effektorzellen. Tatsächlich wurde gezeigt, dass einige Antagonisten gegen GRP-Rezeptoren eine äußerst starke Aktivität bei der Hemmung des Wachstums von SCCL-Zellen in vitro besitzen. Sie werden jedoch durch Serumproteasen schnell abgebaut, bevor sie in vivo den Zielort bzw. die Zielstelle erreichen können, beispielsweise einen Tumorort (s. Moody et al. (1993), Life Science, 523: 1161-1173). Jedoch verlangsamt das Vorliegen von Kleinen Peptid-Antagonisten (small peptide antagonists) in einem bispezifischen Molekül der vorliegenden Erfindung deren Abbau in vivo in großem Maße. Deswegen stellt die vorliegende Erfindung ebenfalls den Vorteil bereit, die Leistungsfähigkeit der Zielzelirezeptor-Antagonisten zu erhöhen, wenn die Antagonisten als Liganden im bispezifischen Molekül der Erfindung verwendet werden. Verfahren zur Herstellung von Antagonisten des Bombesin-/GRP-Rezeptors sind beispielsweise in Mokotoff et al., J. Med. Chem., 35: 4696-4703 (1992) offenbart.
- Zusätzlich zu SCCL schließen andere "Zielzellen" jede Tumorzelle ein, die einen spezifischen Rezeptor oder Antikörper exprimiert, für den ein Ligand erzeugt werden kann. Derartige Zielzellen können beispielsweise Knochenmarksleukämie, Ovarkarzinom- oder Colonkarzinomzellen einschließen. Weitere Arten unerwünschter Zellen, die durch das bispezifische Molekül der vorliegenden Erfindung ins Ziel gefasst werden können, schließen beispielsweise Auto-Antikörper erzeugende Lymphozyten zur Behandlung einer Autoimmunkrankheit oder einer IgE-produzierende Lymphozyte zur Behandlung einer Allergie ein. Das Ziel kann ebenfalls ein Mikroorganismus (Bakterium oder Virus) oder ein lösliches Antigen (wie beispielsweise der Rheumafaktor oder andere Auto-Antikörper) sein.
- Der Begriff "Effektorzell-spezifischer Antikörper", wie er hierin verwendet wird, betrifft einen Antikörper oder ein funktionelles Antikörper-Fragment. Bevorzugte Antikörper zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung binden den Fc-Rezeptor von Effektorzellen an einer Stelle, die durch endogenes Immunglobulin nicht gebunden wird. Am meisten bevorzugt ist der Anti-Fcγ-Rezeptorantikörper ein humaner monoklonaler Antikörper, dessen Bindung durch menschliches Immunglobulin G (IgG) nicht blockiert wird. Die Produktion und Charakterisierung dieser bevorzugten monoklonalen Antikörper sind von Fanger et al. in der PCT-Anmeldung WO 881000052 und im US-Patent Nr. 4 954 617 beschrieben, deren Lehren durch diese Bezugnahme hierin vollständig mit aufgenommen sind. Diese Antikörper binden an ein Epitop von FcyRI, FcγRII oder FcγRIII an einer Stelle, die von der Fcγ-Bindungsstelle des Rezeptors getrennt ist, und somit wird deren Bindung im Wesentlichen nicht durch physiologische Konzentrationen von IgG blockiert. Spezifische Anti-FcγRI-Antikörper, die in dieser Erfindung von Nutzen sind, sind mAb22, mAb32, mAb44, mAb62 und mAb197. Die den mAb32 produzierende Hybridoma ist bei der American Type Culture Collection, ATCC Zugangsnummer HB9469 erhältlich. Anti-FcγRI mAb22, F(ab')&sub2;-Fragmente von mAb22 können von Medarex, Inc. (Annandale, N. J.) bezogen werden.
- Bruchstücke von Anti-FcR-Antikörpern können ebenfalls im bispezifischen Molekül der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wie beispielsweise im nachfolgenden Beispiel dargestellt wurden bispezifische Moleküle zwischen bzw. mit Lys³-Bombesin und F(ab')&sub2;- Fragmenten von mAb22 konstruiert und es hat sich herausgestellt, dass sie ein ähnliches Bindungsprofil sowohl an Ziel- als auch Effektorzellen zeigen und bei der Induktion einer Zytotoxizität gegen SCCL-Zellen nur geringfügig weniger wirksam bzw. aktiv sind als verglichen mit bispezifischen Molekülen mit Lys³-Bombesin und dem gesamten mAb22 (mAb = monoclonal antibody = monoklonaler Antikörper) (siehe Tabellen I, IV und V). Weil weiterhin Antikörperbruchstücke wie beispielsweise F(ab')&sub2;-Fragmente kleiner als die gesamten Antikörpermoleküle sind, können sie in vivo Tumorstellen leichter erreichen und sind deswegen von größerer klinischer Nützlichkeit.
- Die bispezifischen Moleküle der vorliegenden Erfindung können durch Konjugieren (beispielsweise ionisch oder kovalent) des Liganden und des Antikörpers oder funktionellen Antikörperfragmentes unter Verwendung irgendeines in der Technik bekannten Verfahrens hergestellt werden. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Kopplungs- oder Vernetzungsmitteln dazu verwendet werden, den Zielzell-spezifischen Liganden und den Effektorzell-spezifischen Antikörper kovalent zu binden bzw. zu konjugieren. Beispiele von Vernetzungsmitteln schließen Protein A, Carboimid, N-Succinimidyl-S-acetyl-thioacetat (SATA), N-succinimidyl-3-(2-pyridyldithio)propionat (SPDP) und Sulfosuccinimidyl 4-(N- maleimidomethyl)cyclohexan-1-carboxylat (sulfo-SMCC) (siehe beispielsweise Karpovsky et al. (1984), J. Exp. Med., 160: 1686; Liu, M. A. et al. (1985), Proc. Natl. Acad. Sci USA 82: 8648) ein. Weitere Verfahren schließen diejenigen ein, die von Paulus (Behring Inst. Mitt. (1985) Nr. 78, 118-132); Brenn et al. (Science (1985) 220: 81-83) und Gennie et al. (J. Immunol. (1987) 139: 2367-2375) beschrieben wurden. Bevorzugte Bindungsmittel sind SATA und Sulfo-SMCC, die beide von Pierce Chemical Co. (Rockford, IL) erhältlich sind.
- Effektorzellen zum Induzieren einer ADCC gegen eine Zielzelle schließen menschliche Leukozyten, Makrophagen, Monozyten, aktivierte Neutrophile und möglicherweise aktivierte natürliche Killer (NK)-Zellen und Eosinophile ein. Bevorzugte Effektorzellen exprimieren FcγRI und schließen beispielsweise Monozyten und aktivierte Neutrophile ein. Es hat sich herausgestellt, dass die Expression von FcγRI durch Interferon Gamma (IFN-γ) nach oben reguliert wird. Diese gesteigerte Expression erhöht die zytotoxische Wirksamkeit von Monozyten und Neutrophilen gegen Zielzellen wie beispielsweise SCCL-Zellen. Demgemäß werden Effektorzellen vorzugsweise mit (IFN-γ) oder anderen Zytokinen (wie beispielsweise Tumornekrosefaktor, Lymphotoxin, Kolonie-stimulierender Faktor und Interleukin-2) aktiviert, um das Vorliegen von FcγRI auf der Oberfläche der Zellen zu erhöhen, bevor sie mit einem bispezifischen Molekül der vorliegenden Erfindung in Berührung gebracht werden.
- Die bispezifischen Moleküle der vorliegenden Erfindung können zur Induktion einer Antikörper-abhängigen Effektorzell-vermittelten Zytotoxizität (ADCC) gegen die Zielzelle verwendet werden. Zu diesem Zweck können die bispezifischen Moleküle der vorliegenden Erfindung frei in einer physiologisch verträglichen Lösung verabreicht werden oder können zunächst an eine Effektorzelle gekoppelt werden, und bilden somit eine "aktivierte Effektorzelle", bevor sie einem Patienten verabreicht werden. "Aktivierte Effektorzelle", wie hierin verwendet, soll eine Effektorzelle wie vorher definiert einschließen, die an ein bispezifisches Molekül gebunden ist, wie ebenfalls vorher definiert, so dass die Effektorzelle mit einer speziellen Zielzelle über eine spezifische Liganden-vermittelte Bindung in Berührung gebracht wird.
- Aktivierte Effektorzellen können in vivo als eine Suspension von Zellen in einer physiologisch verträglichen Lösung verabreicht werden. Die Anzahl an Zellen, die verabreicht werden, kann in der Größenordnung von 10&sup8; bis 10&sup9; liegen, kann jedoch abhängig vom therapeutischen Zweck variieren. Im Allgemeinen ist die Menge so ausreichend, dass eine Lokalisierung der Effektorzelle an der Zielzelle erreicht wird und dass ein Abtöten der Zelle durch ADCC und/oder Phagozytose bewirkt wird. Der Begriff "physiologisch verträgliche Lösung", wie hierin verwendet, soll jede Trägerlösung einschließen, die die Zieleffektorzelle zur Verabreichung in vivo stabilisiert, einschließlich beispielsweise von Salzlösung bzw. Kochsalzlösung und wässrigen Pufferlösungen, Lösungsmitteln, antibakteriellen und Antipilz- Mitteln, isotonischen Mitteln und dergleichen.
- Demgemäß stellt ein weiterer Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Induzieren einer spezifischen ADCC gegen eine Zelle in einem Patienten bzw. Subjekten bereit, das eine Verabreichung des bispezifischen Moleküles oder der aktivierten Effektorzelle der Erfindung an den Patienten in einem physiologisch verträglichen Medium umfasst. Die Verabreichungswege können variieren und schließen intravenöse, intramuskuläre und intraperitoneale Verabreichung ein. Vor oder gleichzeitig mit der Verabreichung des bispezifischen Moleküles kann der Patient in einer Weise behandelt werden, die eine erhöhte Expression in den Zielzellen des speziellen Rezeptors oder Antikörpers zur Folge haben, an den der Zielzell-spezifische Ligand des bispezifischen Moleküles binden wird. Beispielsweise kann dem Patienten ein Mittel verabreicht werden, das die Expression des speziellen Rezeptors oder Antikörpers auf der Zielzelloberfläche nach oben reguliert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein bispezifisches Molekül, das Bombesin oder ein Analogon hiervon, gekoppelt bzw. gebunden an einen menschlichen monoklonalen anti-FcR Antikörper aufweist, alleine oder gebunden an eine Effektorzelle (d. h. eine aktivierte Effektorzelle) einem Patienten verabreicht, der von einem kleinzelligen Lungenkarzinom befallen ist, um eine ADCC gegen SCCL-Zellen zu induzieren.
- Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung stellt ein Verfahren zur Verwendung der bispezifischen Moleküle als Immunogen bereit. Wo beispielsweise der Ziel-spezifische Ligand ein autokriner Wachstumsfaktor ist, kann ein bispezifisches Molekül, das den autokrinen Wachstumsfaktor-Liganden umfasst, prophylaktisch verabreicht werden, um die Proliferation der Zielzelle zu vermeiden oder zu verlangsamen. Zur Verwendung als Vakzine können die bispezifischen Moleküle der vorliegenden Erfindung in einer pharmazeutisch verträglichen Lösung in einer Dosierung verabreicht werden, die eine Immunreaktion gegen den Ziel-spezifischen Liganden hervorrufen wird. Die optimale Dosis kann abhängig von Faktoren wie beispielsweise dem Immunstatus des Wirtes variieren. In den meisten Fällen sollte die Dosis des Ziel-spezifischen Liganden, die zur Hervorrufung einer Immunreaktion erforderlich ist (wie sie durch irgendein Standardverfahren zur Feststellung einer Immunreaktion bestimmt wird) niedriger als diejenige sein, die erforderlich sein würde, wenn der Zielzell-spezifische Ligand allein verabreicht würde.
- Die vorliegende Erfindung wird nunmehr durch das nachfolgende Beispiel veranschaulicht, das die Erfindung in keiner Weise einschränken soll.
- Bispezifische Moleküle, die Lysin³-Bombesin, gebunden an den menschlichen monoklonalen anti-FcγRI Antikörper, mAB22, umfassen, wurden hergestellt und bezüglich ihrer Fähigkeit untersucht, eine Antikörper-abhängige Effektorzell-vermittelte Zytotoxizität (ADCC) gegen Zellen des kleinzelligen Lungenkarzinoms (SCCL) zu induzieren:
- Zellinien: SCCL-Zelllinien, NCI-h69, NCI-H345 und SHP-77 wurden in RPMI-1640- Medium (GIBCOBRL, Grand Island, NY) ergänzt mit 5% fötalem Kalbsserum (fetal calf serum = FCS), 2 mM L-Glutamin, 100 Einheiten/ml Penicillin und 100 ug/ml Streptomycin (GIBCOBRL, Grand Island, NY) ergänzt, bei 37ºC in einer angefeuchteten Atmosphäre mit 5% CO&sub2; aufrechterhalten. Eine weitere SCCL-Zelllinie, nämlich DMS 273 (Ball, E. D., unveröffentlichte Beobachtung) wurde in Waymouth's MB 752/1 Medium gehalten (GIBCO/BRL, Grand Island, NY), das mit 10% FCS ergänzt wurde.
- Antikörper und Reagenzien: Anti-FcγRI (mAb22), F(ab')&sub2;-Fragmente von mAb22 und FITCmarkiertes mAb22, wurden von Medarex, Inc. bezogen (Annandale, NJ). SCCL-1, ein monoklonaler IgG2a Antikörper, der mit dem Transferrin-Rezeptor auf der Oberfläche von SCCL-Zellen reagiert, wurde gemäß dem Verfahren von Petroni et al. (1988), J. Immunol., 140: 3467-3472, hergestellt. Lysin³-Bombesin (Lys-BN), ein Bombesin (BN)-Analogon mit einer ähnlichen Bindungsaffinität für den BN/GRP-Rezeptor (McDonald et al., (1979), Biochem. Biophys. Res. Commun., 90: 227-233 und Spindel et al. (1984), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 81: 5699-5703) und Hydroxylamin wurden von Sigma Chemical Company (St. Louis, MO) bezogen. Konjugationschemikalien, nämlich N-Succinimidyl-S-acetyl-thioacetat (SATA) und Sulfosuccinimidyl 4-(Nmaleimidomethyl) cyclohexan-1-carboxylat (Sulfo- SMCC) wurden von Pierce Chemical Co. (Rockford, IL) bezogen.
- Proteinkonjugation: Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des zum Konjugieren von ³-Lysin und Bombesin verwendeten Verfahrens. Das sich ergebende Konjugat, Lys-BN, wurde frisch in 0,1 M Natriumphosphatpuffer (pH 7,4) aufgelöst, der 2,5 mM EDTA enthielt und das SATA wurde frisch in 100% Dimethylformamid aufgelöst. Das SATA wurde mit Lys-BN in einem endgültigen mol-Verhältnis von 10 : 1 vermischt. Nach 30 Minuten Umsetzung bei Raumtemperatur wurde das Lys-BN-SATA-Konjugat von nicht umgesetztem Lys-BN und SATA durch Umkehrphasenhochdruckflüssigchromatographie (R-HPLC) auf einer analytischen Vydac-C 18-Säule abgetrennt. Der R-HPLC-Eluent, der Lys-BN-SATA enthielt, wurde durch Zusatz von 1 M Natriumphosphat (pH 8,0) auf einen pH von 4,0 bis 5,0 eingestellt. Die freie Sulfhydrylgruppe wurde durch Deacetylierung mit Hydroxylamin bei 4º C für zwei Stunden erzeugt. Eine zweite R-HPLC wurde zur Abtrennung von Lys-BN-SH durchgeführt. Die Fraktion, die Lys-BN-SH enthielt, wurde gesammelt und auf einen pH von 7,0 neutralisiert. Das Vorhandensein einer freien Sulfhydrylgruppe konnte über eine Umsetzung mit Ellman's Reagenz nachgewiesen werden. Zum selben Zeitpunkt wurden mAb22 und die F(ab')&sub2;-Fragmente von mAb22 mit Sulfo-SMCC zur Erzeugung eines Maleimid-aktivierten Antikörpers umgesetzt. Der aktivierte Antikörper wurde von nicht umgesetztem Sulfo-SMCC durch Zentrifugation durch eine Centricon-30 Vorrichtung (Amicon, Beverly, MA) abgetrennt. Die endgültige Konjugation zwischen Lys-BN-SH und dem aktivierten Antikörper wurde durch Mischen gleicher Molmengen bei Raumtemperatur über Nacht durchgeführt. Das nicht umgesetzte Lys-BN-SH und weitere Nebenprodukte wurden durch Zentrifugation durch eine Centricon-30 Vorrichtung entfernt. Die Konzentration des bispezifischen Moleküles wurde unter Verwendung eines Bio-Rad DC Proteinassays quantifiziert (Bio-Rad Laboratories, Richmond, CA) und seine Reinheit wurde durch SDS-PAGE überprüft.
- Immunfluoreszenzfärbung: SCCL-Zellen wurden mit eiskalter Phosphat-gepufferter Salzlösung gewaschen, die 0,1% Rinderserumalbumin und 0,1% Natriumazid (PBA-Lösung) enthielt, zweimal gewaschen und mit unterschiedlichen Mengen des bispezifischen Moleküls bei 4ºC für eine Stunde in Gegenwart von 100 ug/ml menschlichem IgG inkubiert. Die Menge des bispezifischen Moleküls, die zugesetzt wurde, betrug 1,5 und 10 ug pro 5 · 10&sup5; Zellen. Nach dreimaligem Waschen mit PBA-Lösung wurden die Zellen resuspendiert und mit FITC-markierten Ziegen F(ab')&sub2; anti-Maus IgG (Caltag Lab., South San Fransicso, CA) 30 Minuten lang bei 4ºC inkubiert. Nach dem Waschen wurden die Zellen durch Zusatz einer PBA-Lösung und 2% Paraformaldehyd in einem Verhältnis von 1 : 1 fixiert. Die Monozyten wurden vor und nach IFN-γ-Stimuliening direkt mit FITC-markiertem mAb22 eingefärbt, um die Expression von FcγRI zu evaluieren.
- Die Bindung des bispezifischen Moleküls an SCCL-Zelllinien wurde durch eine FACScan- Durchflusszytometrie (Becton-Dickinson, San Jose, CA) untersucht. Der mAb22 und dessen F(ab')&sub2;-Fragmente färbten die SCCL-Zellen nicht selbst an. Eine typische Durchflusszytometrische Untersuchung bzw. Analyse unter Verwendung des bispezifischen Moleküls mit vier SCCL-Zelllinien ist in Fig. 2 dargestellt. Die Bindung war der Menge des bispezifischen Moleküls, die zur Anfärbung der Zellen verwendet wurde, direkt proportional. Dies wurde sowohl durch eine Zunahme der absoluten Prozentzahl an Zellen, die positiv gefärbt wurden, als auch durch eine Zunahme der durchschnittlichen Fluoreszenzintensität (mean fluorescence intensity = MFI) der Gesamtzellpopulation manifestiert, wie in Tabelle 1 dargestellt ist. Weil die Menge des bispezifischen Moleküls von 2,5 ug/ml auf 25 ug/ml erhöht wurde, nahm die Prozentzahl der positiven Zellen von 50% auf 85% zu und die MFI nahm von weniger als 100 auf mehr als 200 zu. Im Allgemeinen wies das bispezifische Molekül, das mit dem gesamten Antikörper von mAb22 und Lys-BN hergestellt wurde, eine höhere MFI als dasjenige auf, das mit F(ab')&sub2;-Fragmenten von mAb22 und Lys-BN hergestellt wurde. Tabelle 1
- Die Bindung des bispezifischen Moleküls an normale periphäre Lymphozyten und an zwei Leukämiezelllinien wurde ebenfalls getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Die bispezifischen Moleküle banden nicht an normale periphäre Lymphozyten, weil diese Zellen das FcγRI nicht exprimierten. Das mAb22 und F(ab')&sub2;-Fragmente von mAb22 färbten sowohl HL-60 als auch NB4-Zellen mit einer sehr vagen Fluoreszenz. Es existierte keine signifikante Zunahme der MFI, wenn sie mit dem bispezifischen Molekül gefärbt wurden, obwohl die Prozentzahl der positiven Zellen leicht zunahm. Tabelle 2
- Isolierung von periphären Monozyten: Leuko-Packs wurden von der Pittsburgh Central Blood Bank bezogen. Periphäre mononukleäre Zellen wurden unter Verwendung einer Ficoll- Hypaque Gradienten-Zentrifugation isoliert. Die mononukleären Zellen wurden zweimal mit Hanks' balanced Salzlösung (GIBCO/BRL, Grand Island, NY) gewaschen, die 1 mM EDTA enthielt, und wurden in einem Kolben mit RPMI-1640 Medium, das 10% FCS enthielt, für 2 Stunden bei 37ºC kultiviert bzw. gezüchtet. Die nicht-adhärenten bzw. nicht anhaftenden Zellen wurden entfernt. Die adhärenten Zellen wurden abgelöst und die Reinheit der isolierten Monozyten wurde durch Färben mit anti-CD 14, anti-CD45, anti-CD3, anti-CD 13 und anti- CD56 bestimmt (Becton-Dickinson). Die Ergebnisse wurden durch FACScan Durchfluss- Zytometrie untersucht.
- Aktivierung der Monozyten: Menschliches rIFN-γ war ein Geschenk von Dr. Paul Guyer (Darthmouth Medical School, Lebanon, NH). Die Konzentration von rIFN-γ, die in dieser Studie verwendet wurde (200 Einheiten/ml), zeigte sich als den Rezeptor für rIFN-γ sättigend und als eine maximale Erhöhung der Expression von FcγRI auf der Oberfläche von Monozyten induzierend (siehe Petroni et al. (1988), J. Immunol., 140: 3467-3472; Mendel (1990), J. Immunol., 145: 267-275). Isolierte Monozyten wurden vor dem ADCC-Assay mit rIFN-γ in RPMI-1640 Medium, das 19% FCS enthielt, für 18 Stunden bei 37ºC inkubiert. Die Expression von FcγRI auf Monozyten vor und nach rIFN-γ Inkubation wurde durch Anfärben mit FITC-markiertem mAb22 bestimmt und durch FACScan Durchfluss-Zytometrie untersucht.
- Die Bindung des bispezifischen Moleküls an periphäre Monozyten vor und nach Inkubation mit 200 Einheiten/ml rIFN-γ für 18 Stunden wurde ebenfalls getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. rIFN-γ erhöhte die Expression von FcγRI auf menschlichen Monozyten dramatisch, wie es durch die Zunahme der MFI von weniger als 30 auf mehr als 120 definiert ist. Im Gegensatz hierzu erfolgte keine Veränderung in der Expression von FcγRI auf menschlichen periphären Lymphozyten. Die Konjugation von Lys-BN an den Antikörper störte eine Bindung an FcγRI nicht. Tabelle 3
- Der Assay wurde in Rundboden-Microtiterplatten mit 96-Wells bzw. Vertiefungen (Rainin Instrument Co., Woburn, MA) durchgeführt. Die Ziel-SCCL-Zellen wurden einmal mit RPMI-1640 Medium gewaschen und mit Natrium [&sup5;¹Cr]chromat (New England Nuclear, Boston, MA) 1 Stunde lang bei 37ºC inkubiert. Nach mehrmaligem Waschen wurden die Zellen in RPMI-1640 Medium, das 10% FCS enthielt, in einer Konzentration von 1 · 10&sup5;/ml resuspendiert. Aktivierte Monozyten, die als Effektorzellen dienten, wurden in RPMI-1640 Medium in einer Endkonzentration von 2 · 10&sup7;/ml suspendiert. Darauf wurden 100 ul Effektorzellen der ersten Reihe von Wells zugesetzt und eine Reihenverdünnung wurde mit einem gleichen Volumen an RPMI-1640 Medium durchgeführt. 100 ul Zielzellen wurden dann den Wells zugesetzt, um ein endgültiges Effektor : Zielzell-Verhältnis von 100 : 1, 50 : 1,25 : 1 und 12 : 1 zu erzielen. In einem Standard-Assay wurden zuletzt 5 ug des bispezifischen Moleküls zugesetzt. Das mAb SCCL-1 wurde in jedes Assay als positive Kontrolle eingeschlossen, um die Aktivität der Monozyten zu messen. Mehrere weitere Kontrollen wurden ebenfalls eingebaut, einschließlich einer Inkubation von Ziel- und Effektorzellen ohne jeden Antikörper, mit irrelevantem Maus-IgG1, mit unkonjugiertem mAb22 und mit einer Inkubation der Zielzellen mit einem bispezifischen Molekül alleine. In einigen Assays wurden zehnfach überschüssige Mengen an Lys-BN und unkonjugiertem mAb22 zusammen mit dem bispezifischen Molekül inkubiert, um zu bestimmen, ob die Tumorzelllyse durch jede der Stammsubstanzen blockiert werden könnte.
- Die Inkubation wurde bei 37ºC für 4 Stunden durchgeführt. Die Mikroplatten wurden zentrifugiert und der Überstand wurde zur Einschätzung der &sup5;¹Cr-Freisetzung gesammelt. Die maximale Lyse wurde durch Zusatz von 100 ul 5% NP-40 zu 100 ul Zielzellen erreicht. Der Prozentsatz der Zielzellen wurde als 100 · (experimentelle cpm - durchschnittliche spontane Freisetzung cpm)/(durchschnittliche maximale Freisetzung cpm - spontanes Durchschnittcpm) berechnet. In allen Assays betrug die spontane Freisetzung aus den Zielzellen weniger als 20% der maximalen Freisetzung. Die Ergebnisse wurden als ein Durchschnittswert von dreifachen Wells ausgedrückt.
- Für Dosis-Reaktions-Assays wurde das bispezifische Molekül reihenverdünnt und zugesetzt. Das Effektorzell - zu Zielzell-Verhältnis in diesen Assays war 100 : 1. Weil die im Standardassay zugesetzte Menge an bispezifischem Molekül 25 ug/ml betrug, definierten wir die Prozentzahl der Tumorzelllyse, die mit dieser Menge an bispezifischem Molekül erreicht wurde, als 100% Aktivität. Die mit verdünntem bispezifischem Molekül erreichte Tumorzelllyse wurde demgemäß berechnet.
- Die Fähigkeit des bispezifischen Moleküls, eine Monozyten-vermittelte Tumorzelllyse zu leiten, wurde durch eine Reihe von Chrom-Freisetzungs-Assays getestet. Die Ergebnisse der drei Experimente unter Verwendung der SHP-77-Zelllinie als Zielzellen sind in Tabelle 4 dargestellt. Die Ergebnisse sind als Prozentzahl der gesamten lysierten Tumorzellen ausgedrückt. Weil die Quelle und die Zubereitung der Effektorzellen einen Einfluss auf die Zelllyse aufwies, variierte die Wirksamkeit der Lyse in jedem Experiment. Die Lyse erfolgte abhängig von einer Vorbehandlung der Monozyten mit rIFN-γ. Ohne eine derartigen Vorbehandlung wurde eine Tumorzelllyse vollkommen aufgehoben. Sie war ebenfalls vom Effektorzell - zu - Zielzell-Verhältnis (E/T-Verhältnis) abhängig. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wurden bei einem E/T-Verhältnis von 100 : 1 ungefähr 60% der Tumorzellen konsistent lysiert. Diese Zelllyse nahm auf ungefähr 25% bei einem E/T-Verhältnis von 6 : 1 ab. Der mAb22 selbst könnte eine gewisse unspezifische Lyse von SCCL-Zellen in Gegenwart stimulierter Monozyten beim höchsten E/T-Verhältnis von 100 : 1 induzieren. Der Zusatz von Lys-BN erhöhte diese unspezifische Lyse nicht weiter. Wie in Tabelle 5 dargestellt ist, konnte die durch das bispezifische Molekül induzierte SCCL-Zelllyse durch Zusatz überschüssiger Mengen an konjugiertem mAb22 oder Lys-BN blockiert werden. Tabelle 5 zeigt die Wirkung, die eine Konjugation von Bombesin und mAb22 und Fragmenten hiervon auf die Tumorzelllyse aufweist (SCCL-Zelllinie SHP-77), im Vergleich mit der Verabreichung von freiem Bombesin, mAb22 und Fragmenten hiervon. Das Vorhandensein von irrelevantem Maus-IgG1 wies keine Wirkung auf die Ergebnisse des Assays auf.
- Dosis-Wirkungs-Assays wurden ebenfalls durchgeführt, um die Fähigkeit verschiedener Konzentrationen des bispezifischen Moleküls, eine Lyse von SCCL-Zellen zu induzieren, zu testen. Die Ergebnisse von zwei derartigen Experimenten sind in Fig. 4 dargestellt. Der Aktivitäts-Peak zur Vermittlung einer Tumorzelllyse war in einem breiten Bereich an Konzentrationen des bispezifischen Moleküls zwischen 25 bis 25000 ng/ml ersichtlich. Tabelle 4
- Keine Monozyten 0,1 ± 0,1
- mAb22 + Monozyten 27,0 ± 1,6
- mAb22 + BN + Monozyten 24,4 ± 2,6
- SCCL-1 + Monozyten 50,9 ± 0,4
- mAb22-BN + Monozyten 49,1 ± 1,8
- mAB22-BN + BN + Monozyten 33,6 ± 3,2
- mAb22-Bn + mAb22 + Monozyten 35,0 ± 2,0
- F(ab')&sub2; + Monozyten 14,0 ± 1,9
- F(ab')&sub2; + BN + Monozyten 21,0 ± 1,3
- SCCL-1 + Monozyten 38,0 ± 0,7
- F(ab')&sub2;-BN + Monozyten 43,5 ± 8,6
- F(ab')&sub2;-BN + BN + Monozyten 24,2 ± 0,6
- F(ab')&sub2; BN + F(ab')&sub2; + Monozyten 31,8 ± 5,6
- * SD = standard deviation = Standardabweichung
Claims (10)
1. Bispezifisches Molekül, das Folgendes umfasst:
(a) einen Nicht-Immunglobulin Tumor- (z. B. menschliches
kleinzelliges Lungenkarzinom) Zell-spezifischen Liganden;
und
(b) einen Antikörper, der den Fc-Rezeptor (z. B. FcγRI,
FcγRII oder FcγRIII) einer Effektorzelle an einer Stelle
bindet, die nicht durch endogenes Immunglobulin gehemmt
wird.
2. Tumor- (z. B. menschliches kleinzelliges Lungenkarzinom)
Zell-spezifische Effektorzelle zum Induzieren einer
Antikörper-abhängigen Effektorzell-vermittelten
Zytotoxizität gegen eine Tumorzelle, die Folgendes
umfasst:
(a) einen Tumor- (z. B. menschliches kleinzelliges
Lungenkarzinom) Zell-spezifischen Liganden; und
(b) einen Antikörper, der den Fc-Rezeptor (z. B. FcγRI,
FcγRII oder FcγRIII) einer Effektorzelle an einer Stelle
bindet, die nicht durch endogenes Immunglobulin gehemmt
wird.
3. Molekül nach Anspruch 1 oder Zelle nach Anspruch 2, wobei
der Ligand ein autokriner Wachstumsfaktor ist (z. B.
Insulin-ähnlicher Wachstumsfaktor I, Transferrin,
vasoaktives intestinales Peptid, Neurotensin, Neuromedin
B, Neurophysin, Tumornekrosefaktor, transformierender
Wachstumsfaktor alpha, Plättchenwachstumsfaktor, der
Transferrinrezeptor und Analoga des Vorhergehenden).
4. Molekül oder Zelle nach Anspruch 3, wobei der Ligand an
den Gastrin-freisetzenden Peptidrezeptor des menschlichen
kleinzelligen Lungenkarzinoms bindet.
5. Molekül oder Zelle nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei
der Ligand aus Bombesin und Gastrin-freisetzendem Peptid
oder Analoga hiervon ausgewählt ist.
6. Molekül oder Zelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Antikörper aus mAb22, mAb32, mAb44,
mAb62 und mAb197 ausgewählt ist.
7. Molekül nach Anspruch 1, bei dem der Tumorzell-spezifische
Ligand Bombesin oder ein Analogon hiervon ist und der
Antikörper ein menschlicher FcγRI-spezifischer
monoklonaler Antikörper ist.
8. Molekül oder Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche
in einem pharmazeutisch akzeptablen Medium oder Träger.
9. Molekül oder Zelle nach Anspruch 8 zur Verwendung in der
Therapie oder Prophylaxe.
10. Verwendung eines Moleküls oder einer Zelle nach Anspruch 9
bei der Herstellung eines Medikamentes zum
(a) Induzieren einer spezifischen Antikörper-abhängigen
Effektorzell-vermittelten Zytotoxizität gegen eine Tumor-
(z. B. menschliche kleinzellige Lungenkarzinom) Zelle bei
einem Patienten; oder
(b) Stimulieren einer Immunreaktion bei einem Patienten.
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