Characterization of rocuronium-antibodies and their efficacy in neuromuscular blockade reversal
Institution:
université Paris-SaclayDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Neuromuscular blocking agents (NMBAs) are used as a muscle relaxant to assist mechanical ventilation and optimize surgery conditions. Residual neuromuscular blockade (rNMB) that relies on NMBA intrinsic properties, and NMBAs-induced allergic reactions that mainly rely on the existence of anti-NMBA antibodies are two major side-effects of NMBAs. The existence of this antibody response has been deduced from cell-based assays and analysis of patients' serum, but never has a monoclonal NMBAs-specific antibody been identified and characterized.rNMB is the residual duration of action of muscle relaxants beyond the end of the surgery. rNMB causes muscle weakness and impairs respiratory functions. Two types of neuromuscular blockade reversal drugs are available: anticholinesterase that are however inefficient at reversing deep neuromuscular blockade, and the selective reversal agent sugammadex. that is efficient at quickly reversing deep rocuronium- or vecuronium-induced neuromuscular blockade.This thesis work is focused on the characterization of anti-rocuronium antibodies. First, polyclonal IgG antibodies purified from a patient that suffered from NMBA-induced anaphylaxis. This clinical study allowed to identify an IgG-dependent neutrophil activation pathway contributing to NMBA-anaphylaxis. Second, monoclonal IgG antibodies (mAbs) isolated from rocuronium-immunized mice. The mouse anti-rocuronium antibody repertoire was comprised of limited clonotypes and demonstrated convergency between repertoires. Representative mAbs expressed from each clonotype demonstrated high affinity and some cross-binding to rocuronium-related NMBAs, but not to rocuronium-unrelated NMBAs. Anti-rocuronium human IgG or human IgE could activate neutrophils or mast cells and basophils, respectively, in the presence of rocuronium-conjugated carrier proteins, supporting the role of IgG and IgE antibodies in NMBA-related hypersensitivity. Co-crystal structures revealed different modes of binding of mAbs to rocuronium. Finally, several mAbs could efficiently prevent rocuronium-induced neuromuscular blockade in mice in vivo, suggestive of their potential for neuromuscular blockade reversal.
Abstract FR:
Les agents de blocage neuromusculaire (NMBA) sont utilisés comme relaxants musculaires pour aider la ventilation mécanique et optimiser les conditions chirurgicales. Le blocage neuromusculaire résiduel (rNMB) qui repose sur les propriétés intrinsèques du NMBA, et les réactions allergiques induites par les NMBA qui reposent principalement sur l'existence d'anticorps anti-NMBA sont deux effets secondaires majeurs des NMBA. L'existence de cette réponse d'anticorps a été déduite de tests d’activation cellulaires et de l'analyse du sérum des patients, mais jamais un anticorps monoclonal spécifique aux NMBA n'a été identifié et caractérisé.La rNMB est la durée résiduelle d'action des relaxants musculaires au-delà de la fin de la chirurgie. La rNMB provoque une faiblesse musculaire et altère les fonctions respiratoires. Deux types de médicaments peuvent inverser le blocage neuromusculaire: des anticholinestérase qui sont cependant inefficaces pour inverser le blocage neuromusculaire profond, et l'agent d'inversion sélectif sugammadex qui est efficace pour inverser rapidement le blocage neuromusculaire profond induit par le rocuronium ou le vécuronium.Ce travail est axé sur la caractérisation des anticorps anti-rocuronium. Premièrement, des anticorps IgG polyclonaux purifiés à partir d'un patient ayant développé une anaphylaxie induite par NMBA. Cette étude clinique a permis d’identifier une voie IgG-dépendante d'activation des neutrophiles contribuant à l’anaphylaxie. Deuxièmement, les anticorps IgG monoclonaux (mAbs) isolés de souris immunisées contre le rocuronium. Le répertoire d'anticorps anti-rocuronium de souris était composé de clonotypes limités et a démontré une convergence entre les répertoires. Les mAbs représentatifs exprimés à partir de chaque clonotype ont démontré une affinité élevée et certains une réaction croisée uniquement aux NMBA dérivés du rocuronium. Des mAbs anti-rocuronium exprimés sous forme d’IgG humaine ou d’IgE humaine activent les neutrophiles ou les mastocytes et les basophiles, respectivement, en présence de protéines porteuses conjuguées au rocuronium, soutenant le rôle des IgG et IgE anti-NMBA dans l'hypersensibilité liée aux NMBA. Des co-cristaux ont révélé différents modes de liaison des mAbs au rocuronium. Enfin, plusieurs mAbs peuvent prévenir efficacement le blocage neuromusculaire induit par le rocuronium chez la souris in vivo, ce qui suggère leur potentiel d'inversion du blocage neuromusculaire.