Immunotherapy against amyloid-beta (Aβ) is a promising option for the treatment of Alzheimer's disease (AD). Aβ exists as various species, including monomers, oligomers, protofibrils, and insoluble fibrils in plaques. Oligomers and protofibrils have been shown to be toxic, and removal of these aggregates might represent an effective treatment for AD. We have characterized the binding properties of lecanemab, aducanumab, and gantenerumab to different Aβ species with inhibition ELISA, immunodepletion, and surface plasmon resonance. All three antibodies bound monomers with low affinity. However, lecanemab and aducanumab had very weak binding to monomers, and gantenerumab somewhat stronger binding. Lecanemab was distinctive as it had tenfold stronger binding to protofibrils compared to fibrils. Aducanumab and gantenerumab preferred binding to fibrils over protofibrils. Our results show different binding profiles of lecanemab, aducanumab, and gantenerumab that may explain clinical results observed for these antibodies regarding both efficacy and side effects.

Recent advances in immunotherapeutic approaches to the treatment of Alzheimer's disease (AD) have increased the importance of understanding the exact binding preference of each amyloid-beta (Aβ) antibody employed, since this determines both efficacy and risk for potentially serious adverse events known as amyloid-related imaging abnormalities. Lecanemab is a humanized IgG1 antibody that was developed to target the soluble Aβ protofibril conformation. The present study prepared extracts of post mortem brain samples from AD patients and non-demented elderly controls, characterized the forms of Aβ present, and investigated their interactions with lecanemab. Brain tissue samples were homogenized and extracted using tris-buffered saline. Aβ levels and aggregation states in soluble and insoluble extracts, and in fractions prepared using size-exclusion chromatography or density gradient ultracentrifugation, were analyzed using combinations of immunoassay, immunoprecipitation (IP), and mass spectrometry. Lecanemab immunohistochemistry was also conducted in temporal cortex. The majority of temporal cortex Aβ (98 %) was in the insoluble extract. Aβ42 was the most abundant form present, particularly in AD subjects, and most soluble Aβ42 was in soluble aggregated protofibrillar structures. Aβ protofibril levels were much higher in AD subjects than in controls. Protofibrils captured by lecanemab-IP contained high levels of Aβ42 and lecanemab bound to large, medium, and small Aβ42 protofibrils in a concentration-dependent manner. Competitive IP showed that neither Aβ40 monomers nor Aβ40-enriched fibrils isolated from cerebral amyloid angiopathy reduced lecanemab's binding to Aβ42 protofibrils. Immunohistochemistry showed that lecanemab bound readily to Aβ plaques (diffuse and compact) and to intraneuronal Aβ in AD temporal cortex. Taken together, these findings indicate that while lecanemab binds to Aβ plaques, it preferentially targets soluble aggregated Aβ protofibrils. These are largely composed of Aβ42, and lecanemab binds less readily to the Aβ40-enriched fibrils found in the cerebral vasculature. This is a promising binding profile because Aβ42 protofibrils represent a key therapeutic target in AD, while a lack of binding to monomeric Aβ and cerebral amyloid deposits should reduce peripheral antibody sequestration and minimize risk for adverse events.