A Novel Kinin Biomarker Assay for Characterisation of
Bradykinin-Mediated Disorders
Abstract ID 116577
Evangelia Pardali1, Oliver Domenig2, Dan Sexton3, Grit Zahn4, Anne Lesage5
1Pharvaris B.V., Leiden, The Netherlands; 2Attoquant Diagnostics, Vienna, Austria; 3Sexton Bio Consulting, LLC, Melrose, MA, US; 4Globalization Partners, Munich, Germany; 5GrayMatters Consulting, Schilde, Belgium
Introduction
- Bradykinin (BK) is involved in various physiological and pathological processes, including angioedema (AE).1 AE is a predominant manifestation in multiple medical conditions and is generally mediated by BK and/or histamine.2
- Differentiating BK-mediated from histamine-mediated AE and assessing the role of bradykinin in the pathogenesis of other conditions by measuring kinin peptides remains a challenge due to their proteolytic instability and limitations of current analytical assays.3
- In addition, unspecific activation of the plasma kallikrein-kinin system (KKS), resulting in cleavage of high- molecular-weight kininogen (HMWK) and production of kinins, could have a significant impact on the results.3
- Establishment of a method to accurately measure BK and related peptides could aid in identifying, studying, and managing BK-mediated disorders.
Materials and Methods
- To inhibit ex vivo activation of KKS proteases and proteolytic degradation of BK, a protease inhibitor (PI) cocktail was manufactured in a liquid form (Liquid PI).
- Blood samples were collected from healthy volunteers (HV) by Fidelis Research AD (Sofia, Bulgaria) in accordance with the Declaration of Helsinki and approved by The National Bioethics Committee of Medicines and Medical Devices (protocol no. FRT-19101). All participants provided their written informed consent before enrolment.
- Plasma was collected using S-Monovettes (Sarstedt) with a single venipuncture with a 21G x 3/4'' Safety-Multifly® needle using the aspiration technique, into tubes containing either liquid PI or ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) as a control.
- An ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (UPLC)-MS/MS protocol was optimized to separately measure BK1-9,BK1-8,BK1-7,BK1-5, and kallidin (KD) (Attoquant Diagnostics GmbH, Vienna, Austria).
- Qualification of the UPLC-MS/MS was performed using plasma from HVs collected under different conditions.
Results
- Calibration curves were prepared by spiking different kinin peptides in surrogate blank matrix.
- For all tested kinins, the back-calculated concentrations of the calibrator standards were within ±15% of the nominal value and met qualification criteria (Figure 1).
Figure 1. Calibration curves of BK1-9,BK1-8,BK1-7,BK1-5, and KD | (pg/mL) | 100000 | BK1-9 | |||||
Linearity range of quantification | 10000 | BK1-8 | ||||||
BK1-7 | ||||||||
Kinin peptide | LLoQ | ULoQ | ||||||
conc. | 1000 | BK1-5 | ||||||
BK1-9 | 5 pg/mL | 10240 pg/mL | KD | |||||
BK1-8 | 5 pg/mL | 10240 pg/mL | Measured | 100 | ||||
BK1-7 | 5 pg/mL | 10240 pg/mL | 10 | |||||
BK1-5 | 5 pg/mL | 10240 pg/mL | ||||||
KD | 20 pg/mL | 10240 pg/mL | 1 | 10 | 100 | 1000 | 10000 100000 | |
1 | ||||||||
LLoQ: lower limit of quantification; ULoQ: upper limit of quantification | Nominal conc. (pg/mL) | |||||||
- Kinin UPLC-MS/MS assay in blank matrix met qualification criteria for within- and between-run accuracy and precision.
- Accuracy ±15 % deviation from nominal value. Precision Coefficient of variation (CV) <15% for (Figure 2).
Figure 2. Analysis of quality control (QC) samples for BK1-9,BK1-8,BK1-7,BK1-5 and KD in blank matrix
10000 | BK1-9 | BK1-8 | BK1-7 | BK1-5 | KD | |||||||||||||||
2500 pg/mL | 200 pg/mL | 50 pg/mL | 15 pg/mL | |||||||||||||||||
(pg/mL) | ||||||||||||||||||||
1000 | ||||||||||||||||||||
conc. | ||||||||||||||||||||
Measured | 100 | |||||||||||||||||||
10 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | R1 R2 R3 | |
- KD levels were below the limit of detection in all types of human plasma analysed (not shown).
-
Liquid PI efficiently inhibited KKS activation and stabilized levels of all BK peptides compared with EDTA alone, resulting in low inter-run and intra-run variability (CV <15%) for BK1-9,BK1-8,BK1-7,BK1-5 and total BK levels (Figure 3).
Figure 3. Inter- and intra-run variability in EDTA plasma and plasma with Liquid PI
Results
- EDTA plasma presented higher levels of all BK peptides and high intra-individual variability in plasma from HVs.
- Low intra-individual variability, CV <15 % for all BK peptides in Liquid PI plasma samples from all HVs (Figure 4).
- Liquid PI efficiently inhibited ex vivo KKS activation and kinin degradation.
Figure 4. Acceptable intra-individual variability for Liquid PI plasma samples, high for EDTA
BK1-9 | 800 | BK1-8 | BK1-7 | ||||||||||||||||||
EDTA | Liquid PI | EDTA | Liquid PI | 200 | |||||||||||||||||
800 | 600 | EDTA | Liquid PI | ||||||||||||||||||
[pg/mL]9-BK1 | [pg/mL]8-BK1 | [pg/mL]7-BK1 | 150 | ||||||||||||||||||
600 | Det 1 | Det 1 | Det 1 | ||||||||||||||||||
400 | |||||||||||||||||||||
100 | |||||||||||||||||||||
400 | |||||||||||||||||||||
200 | |||||||||||||||||||||
50 | |||||||||||||||||||||
20 | Det 2 | 8 | Det 2 | 8 | Det 2 | ||||||||||||||||
10 | Det 3 | 4 | Det 3 | 4 | Det 3 | ||||||||||||||||
0 | HV1 HV2 | HV3 | HV4 | HV1 | HV2 HV3 | HV4 | 0 | HV1 HV2 | HV3 | HV4 HV1 HV2 HV3 HV4 | 0 | ||||||||||
HV1 | HV2 | HV3 | HV4 | HV1 | HV2 | HV3 | HV4 | ||||||||||||||
BK1-5 | Total BK levels | ||||||||||||||||||||
80 | EDTA | Liquid PI | 1000 | Liquid PI | |||||||||||||||||
EDTA |
[pg/mL]5- | 60 | [pg/mL]BK | 800 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
600 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
BK1 | 40 | Total | 400 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
20 | Det 1 | 30 | Det 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Det 2 | 15 | Det 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 | Det 3 | 0 | Det 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HV1 | HV2 HV3 | HV4 HV1 HV2 HV3 HV4 | HV1 | HV2 HV3 HV4 | HV1 HV2 HV3 HV4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
EDTA | BK1-9 | BK1-8 | BK1-7 | BK1-5 | Total BKs | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mean±SD | CV% | Mean±SD | CV% | Mean±SD | CV% | Mean±SD | CV% | Mean±SD | CV% | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(pg/mL) | (pg/mL) | (pg/mL) | (pg/mL) | (pg/mL) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HV1 | 291.1±87.7 | 30.1 | 87.0±10.0 | 11.5 | 43.9±5.2 | 11.8 | 22.1±1.6 | 7.3 | 444.0±101.2 | 22.8 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HV2 | 2323.6±2440.4 105.0 | 345.3±301.2 | 87.2 | 105.7±80.4 | 76.1 | 38.4±17.0 | 44.1 | 2813.0±2839.1 100.9 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HV3 | 679.8±130.5 | 19.2 | 245.1±70.7 | 28.8 | 85.9±11.0 | 12.8 | 49.1±10.2 | 20.7 | 1059.9±222.4 | 21.0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HV4 | 1230.5±992.7 | 80.7 | 193.3±129.1 | 66.8 | 58.5±15.8 | 27.0 | 20.9±9.4 | 45.1 | 1503.2±1147.1 | 76.3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Liquid | BK1-9 | BK1-8 | BK1-7 | BK1-5 | Total BKs | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mean±SD | Mean±SD | Mean±SD | Mean±SD | Mean±SD | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
PI | CV% | CV% | CV% | CV% | CV% | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(pg/mL) | (pg/mL) | (pg/mL) | (pg/mL) | (pg/mL) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HV1 | 13.1±1.4 | 11.0 | 3.4*±0.4 | na | 1.5*±0.4 | na | 9.8±0.5 | 5.2 | 27.7±1.4 | 4.9 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HV2 | 7.7±0.3 | 3.8 | 2.6*±0.1 | na | 1.6*±0.0 | na | 10.2±0.9 | 9.1 | 21.7±1.1 | 4.9 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HV3 | 6.2±0.7 | 11.2 | 2.3*±0.6 | na | 1.1*±0.2 | na | 12.4±0.6 | 4.7 | 22.0±1.4 | 6.2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HV4 | 4.1±0.4 | 8.6 | 2.2*±0.2 | na | 1.0*±0.2 | na | 6.2±0.7 | 11.0 | 13.2±0.7 | 5.5 |
- Concentrations are below LLoQ; na: not applicable
- Liquid PI efficiently inhibited ex vivo KKS activation and stabilized BK peptides following 2 cycles of freeze and thaw (FT) as compared with EDTA (Figure 5).
- FT induced KKS activation in EDTA plasma resulting in high levels and r variability in BK levels (Figure 5).
Figure 5. Effects of Freeze and thaw on BK peptide levels and stability | ||||||||||||||
BK1-9 | BK1-8 | BK1-7 | ||||||||||||
1500 | EDTA | Liquid PI | 250 | EDTA | Liquid PI | 200 | EDTA | Liquid PI | ||||||
1250 | ||||||||||||||
[pg/mL] | [pg/mL] | 200 | [pg/mL] | 150 | ||||||||||
1000 | ||||||||||||||
150 | ||||||||||||||
100 | ||||||||||||||
-9 | 750 | -8 | 100 | -7 | ||||||||||
BK1 | BK1 | BK1 | ||||||||||||
50 | Det 1 | 50 | Det 1 | 50 | Det 1 | |||||||||
25 | Det 2 | Det 2 | Det 2 | |||||||||||
0 | Det 3 | 0 | Det 3 | 0 | Det 3 | |||||||||
No FT 1xFT | 2xFT No FT 1xFT | 2xFT | No FT 1xFT | 2xFT No FT 1xFT | 2xFT | No FT 1xFT | 2xFT No FT 1xFT | 2xFT | ||||||
BK1-5 | Total BK levels |
60 | 2000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
EDTA | Liquid PI | Total BKs [pg/mL] | EDTA | Liquid PI | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
BK1-5 [pg/mL] | 40 | 1500 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1000 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
20 | Det 1 | Det 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
100 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Det 2 | Det 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
50 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Det 3 | Det 3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 | 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
No FT | 1xFT 2xFT No FT | 1xFT 2xFT | No FT 1xFT | 2xFT No FT 1xFT | 2xFT | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
EDTA plasma | Liquid PI plasma | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mean (pg/mL) | Deviation % | Mean (pg/mL) | Deviation % | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kinin peptide | No FT | 1xFT | 2xFT | 1xFT | 2xFT | No FT | 1xFT | 2xFT | 1xFT | 2xFT | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
BK1-9 | 582.4 | 806.4 | 962.9 | 38.5 | 65.3 | 34.7 | 35.6 | 37.9 | 2.5 | 8.9 |
BK1-9 [pg/mL]
1250
1000
750
50
25
0
BK1-9
EDTA | Liquid PI | |||||||||
Det 1 | |||||||||||||||||||||||||||
Det 2 | |||||||||||||||||||||||||||
Det 3 | |||||||||||||||||||||||||||
Run 1 | Run 2 | Run 1 | Run 2 | BK1-5 | |||||||||||||||||||||||
60 | EDTA | Liquid PI | |||||||||||||||||||||||||
-5 [pg/mL] | 40 | ||||||||||||||||||||||||||
20 | |||||||||||||||||||||||||||
BK1 | |||||||||||||||||||||||||||
0 | |||||||||||||||||||||||||||
Run 1 | Run 2 | Run 1 | |||||||||||||||||||||||||
250 | |
[pg/mL]8- | 200 |
150 | |
BK1 | 100 |
50 | |
0 |
Run 2
BK1-8
EDTA | Liquid PI | ||||||||||
Run 1 | Run 2 | Run 1 | ||||
[pg/mL] | 1600 | |||||
1400 | ||||||
1200 | ||||||
BKs | ||||||
1000 | ||||||
Total | 800 | |||||
Det 1 | 80 | |||||
Det 2 | 40 | |||||
Det 3 | 0 | |||||
BK1-7 | |||||
200 | Liquid PI | ||||
EDTA | |||||
[pg/mL] | 150 | ||||
100 | |||||
BK1-7 | |||||
Det 1 | 50 | ||||
Det 2 | |||||
Det 3 | 0 | ||||
Run 2 | Run 1 | Run 2 | Run 1 | Run 2 |
Total BK levels
EDTA | Liquid PI | |||||||||
Det 1
Det 2
Det 3
Run 1 | Run 2 | Run 1 | Run 2 |
Det 1
Det 2
Det 3
BK1-8 | 151.7 | 177.7 | 183.4 | 17.1 | 20.9 | 10.0 | 11.3 | 10.0 | 13.5 | 0.5 |
BK1-7 | 114.2 | 139.6 | 134.5 | 22.2 | 17.7 | 6.5 | 6.7 | 6.4 | 1.6 | -3.0 |
BK1-5 | 41.6 | 48.3 | 46.4 | 16.1 | 11.6 | 8.9 | 10.3 | 10.4 | 15.7 | 16.8 |
Total BK | 889.9 | 1172.0 | 1327.2 | 31.7 | 49.1 | 60.2 | 63.9 | 64.6 | 6.2 | 7.4 |
No FT, no freeze/thaw; 1xFT, 1 freeze/thaw cycle; 2xFT, 2 freeze/thaw cycle
Conclusions
•The Liquid PI cocktail was shown to be effective in inhibiting non-specific activation of KKS and |
generation of BK1-9 as compared to EDTA without PI. |
•The established qualified kinin UPLC-MS/MS biomarker assay can be used to reliably measure |
KKS biomarkers in human plasma. |
EDTA plasma | Liquid PI plasma | ||||
Kinin peptide | Mean ± SD (pg/mL) | CV% | Mean ± SD (pg/mL) | CV% | |
BK1-9 | 748.9 | ± 81.3 | 10.9 | 35.9 ± 0.4 | 1.0 |
BK1-8 | 169.4 | ± 11.7 | 6.9 | 10.4 ± 1.3 | 12.8 |
BK1-7 | 129.3 | ± 14.6 | 11.3 | 6.8 ± 0.3 | 3.9 |
BK1-5 | 45.8 | ± 3.5 | 7.6 | 10.3 ± 0.0 | 0.1 |
Total BK | 1093.5 | ± 111.1 | 10.2 | 63.4 ± 0.7 | 1.1 |
•The assay could become a key tool for identifying, studying, and managing BK-mediated |
diseases, including BK-mediated AE. |
References
1. Kaplan AP, et al. Adv Immunol. 2014;121:41-89.2. Maurer M, et al. Clin Rev Allergy Immunol. 2021;61:40-9.3. Kaplan AP, et al. Front Med (Lausanne).
2017;4:206.
COI: E.P.: employee of Pharvaris, holds stock in Pharvaris; O.D.: CEO of Attoquant Diagnostics GmbH; D.S.: principle at Sexton Bio Consulting, LLC, consultant to Pharvaris; G.Z.: employee of Globalization Partners GmbH, consultant to Pharvaris, holds RSU; A.L.: employee of GrayMatters Consulting and consultant to Pharvaris, holds stocks/stock options in Pharvaris; advisor to Kosa Pharma.
Funding statement: Funding towards this study was provided by Pharvaris.
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Pharvaris NV published this content on 04 September 2024 and is solely responsible for the information contained therein. Distributed by Public, unedited and unaltered, on September 05, 2024 at 06:25:03 UTC.