Nanoprzeciwciała – przyszłość immunoterapii

Czym są przeciwciała?

Układ immunologiczny człowieka składa się z wielu komponentów, których wspólne działanie skutkuje wytworzeniem odporności organizmu na dany patogen. Jednym z jego składników są przeciwciała, zwane też immunoglobulinami, które wytwarzane są przez limfocyty B. Ich zadaniem jest specyficzne łączenie się do antygenu (tj. obcej dla organizmu cząsteczki lub jej fragmentu). Łącząc się z nim, neutralizują go i umożliwiają tym samym walkę z patogenem innym czynnikom układu odpornościowego. Ludzkie przeciwciała zbudowane są z dwóch łańcuchów ciężkich H oraz z dwóch łańcuchów lekkich L, które do łańcuchów ciężkich są przymocowane za pomocą mostków dwusiarczkowych. Istotny jest również podział na część stałą (CH/CL) i zmienną (VH/VL), które występują na obu typach łańcuchów przeciwciał. Część VH/VL, dzięki swojej zmienności, odpowiada bezpośrednio za wiązanie się z antygenem. Całe przeciwciało kształtem przypomina literę Y, której ramiona stanowią miejsce przyczepu antygenu w regionie zmiennym (Rys. 1.). Masa molekularna pojedynczej immunoglobuliny G (IgG) wynosi ok. 150 kDa.

Rys. 1. Schemat standardowej budowy ludzkiego przeciwciała.

Standardowe przeciwciała są stosowane w medycynie w celach terapeutycznych. Szczególnie wartościowe są przeciwciała monoklonalne mAb (tzn. wywodzące się od jednego klonu limfocytu i rozpoznające jeden wybrany fragment antygenu tzw. epitop), które obecnie są powszechnie stosowane. Nagroda Nobla za odkrycie przeciwciał dla Milsteina i Köhlera, a także rozwój nauk genetycznych umożliwiły opracowanie ich szybkiej i wydajnej produkcji. Przykładami leków zawierających przeciwciała monoklonalne są stosowane w terapii raka piersi Herceptyna (z mAb o nazwie trastuzumab) lub Perjeta (z mAb o nazwie pertuzumab).

Jak alpaka przyczyniła się do rozwoju medycyny opartej o przeciwciała?

Nie wszystkie organizmy wytwarzają przeciwciała o klasycznej strukturze. W latach 90. XX wieku belgijscy naukowcy odkryli, że zwierzęta z rodziny wielbłądowatych, takie jak alpaki czy lamy, oprócz standardowych przeciwciał, mogą produkować również takie, które są zbudowane wyłącznie z łańcuchów ciężkich (Rys. 2.). Później uściślono, że także rekiny są zdolne do tworzenia takich przeciwciał. Jak się okazało, nowinki te znalazły zastosowanie w rozwoju nowych technologii terapeutycznych. W 2019 roku FDA zaakceptowała pierwszą terapię opartą o nanoprzeciwciała, która ma wspomagać leczenie zakrzepowej plamicy małopłytkowej.

Rys. 2. Schemat budowy wielbłądzich przeciwciał, zbudowanych wyłącznie z łańcuchów ciężkich. Wyróżniono fragment VHH, który stanowi bezpośrednią broń w terapiach celowanych opartych o nanoprzeciwciała.

Z punktu widzenia medycyny, najważniejszym elementem immunoglobulin pochodzących od alpak jest region zmienny (VHH), tzw. single variable domain, który jest nazywany nanoprzeciwciałem. Odpowiada on za wiązanie antygenu. Masa molekularna tego fragmentu to jedynie ok. 15 kDa, czyli dziesięciokrotnie mniej niż masa molekularna przeciwciała ludzkiego typu IgG. Dzięki swojej budowie i hiperzmienności (związanej ze swoistą budową aminokwasową) VHH w łatwy sposób adaptuje się do pojawiających się spontanicznie mutacji w sekwencji antygenu, dostosowując się do nowych warunków. Dodatkowo, w przeciwieństwie do ludzkich przeciwciał, nanoprzeciwciała charakteryzują się większą rozpuszczalnością w środowisku wodnym oraz większą stabilnością, co ułatwia potencjalną produkcję, np. przy wykorzystaniu bakteryjnych systemów ekspresyjnych. Zmniejsza to koszt i czas produkcji, jednocześnie zwiększając jej wydajność.

Niewielki rozmiar nanoprzeciwciał skutkuje stosunkowo łatwą procedurą ich pozyskania. Przygotowanie bibliotek nanoprzeciwciał (np. od alpak nieimmunizowanych, tzn. którym nie podano antygenu) ogranicza się do izolacji limfocytów B z krwi alpak, powielenia VHH oraz nadprodukcji nanoprzeciwciał w bakteryjnym systemie ekspresyjnym. Następnie przy wykorzystaniu odpowiednich technik inżynierii genetycznej, można wyizolować i powielić konkretne nanoprzeciwciało rozpoznające specyficzny antygen. Technika ta została bezpośrednio wykorzystana przez nasz Zespół projektowy w tworzeniu leku na COVID19.

 

Autor artykułu: Mgr Inż. biotechnologii Małgorzata Stachowiak

(członek zespołu projektu leknacovid - https://leknacovid.com/index.php/wykonawcy)

* Artykuł jest dostępny na zasadzie otwartej licencji. Można go kopiować, powielać, rozsyłać, publikować na własnych stronach pod warunkiem podania autorów publikacji oraz aktywnego linku do strony źródłowej www.leknacovid.com

 

Źródła:

  1. Dooley H, Flajnik MF...
  2. Hamers-Casterman C, ...
  3. Scully M, ...
  4. Nguyen VK, ...
  5. Van der Linden RH, ...
  6. https://www.britannica.com/science/antibody
  7. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1984/summary/