Abstract Endosomal escape and subsequent cytosolic delivery of small inhibitory RNA (siRNA) therapeutics is believed to be highly inefficient. Since, it has not been possible to quantify cytosolic amounts of delivered siRNA at therapeutic doses, determination of delivery bottlenecks and total efficiency has been difficult. Here, we present a confocal microscopy-based method to detect cytosolic delivery of fluorescently labelled siRNA during lipid-mediated delivery. This method enables detection and quantification of sub-nanomolar cytosolic siRNA release amounts from individual release events with measures of quantitation confidence for each event. Single-cell kinetics of siRNA-mediated knockdown in cells expressing destabilized eGFP unveiled a dose-response relationship with respect to knockdown induction, depth and duration in the range from several hundred to thousands of cytosolic siRNA molecules. Accurate quantification of cytosolic siRNA, and the establishment of the intracellular dose-response relationships, will aid the development and characterization of novel delivery strategies for nucleic acid therapeutics.

ABSTRACT Leucine-rich repeat containing 15 (LRRC15) has emerged as an attractive biomarker and target for cancer therapy. We have developed a humanized monoclonal antibody (mAb), DUNP19, that specifically binds to a phylogenetically conserved LRRC15 epitope and is internalized by target-expressing cancer and stromal cells. In xenograft mouse models, Lutetium-177 labeled DUNP19 ([ 177 Lu]-DUNP19) enables non-invasive imaging and precise radiotherapy to LRRC15-expressing cancer cells and murine cancer-associated fibroblasts (CAFs), halting tumor progression and prolonging survival with minimal toxicity. Transcriptomic analyses of [ 177 Lu]-DUNP19-treated tumors reveal a loss of pro-tumorigenic mechanisms, including a transforming growth factor beta (TGFβ)-driven and LRRC15+ signature associated with immunotherapy resistance. Together, these results demonstrate that radio-theranostic targeting of LRRC15 with DUNP19 is a compelling precision medicine platform for image-guided diagnosis, eradication, and reprogramming of LRRC15+ tumor tissue that drives immuno-resistance and aggressive disease. SIGNIFICANCE We introduce a pioneering LRRC15-guided radio-theranostic approach integrating clinical imaging and radioimmunotherapy. Our strategy utilizes a mAb, DUNP19, to target LRRC15-expressing cancer cells and fibroblasts, demonstrating significant tumor reduction, prolonged survival, and reversal of TGFβ-driven treatment resistance. This approach offers a promising strategy for improving outcomes in aggressive cancers.

Abstract External beam radiotherapy (EBRT) remains a common treatment for all stages of PCa, but DNA damage induced by EBRT upregulates androgen receptor (AR) pathway activity to promote therapeutic resistance. [ 89 Zr]11B6-PET is a novel modality targeting prostate-specific protein human kallikrein 2 (hK2), which is a surrogate biomarker for AR activity. Here, we studied if [ 89 Zr]11B6-PET can accurately assess EBRT-induced AR activity. PCa mouse models received EBRT (2-50 Gy) and treatment response was monitored by [ 89 Zr]11B6-PET/CT. Radiotracer uptake and expression of AR and AR target genes was quantified in resected tissue. EBRT increased AR pathway activity in LNCaP-AR tumors. EBRT increased prostate-specific [ 89 Zr]11B6 uptake and hK2 levels in PCa-bearing mice (Hi -Myc x Pb_ KLK2 ) with no significant changes in uptake in healthy (Pb_ KLK2 ) mice. Thus, [ 89 Zr]11B6-PET specifically detects activation of AR pathway activity after EBRT in PCa. Further clinical evaluation of hK2-PET for monitoring EBRT is warranted.