Los anticuerpos de un solo dominio, o nanocuerpos, se han convertido recientemente en el centro de atención como posible tratamiento de la COVID-19. De hecho, un tratamiento basado en nanocuerpos para la COVID-19 desarrollado por el Grupo Beroni, una empresa biotecnológica australiana, se encuentra actualmente en fase de pruebas preclínicas. Aunque los nanocuerpos sólo están empezando a desarrollar su potencial terapéutico, se han estudiado durante décadas.
En 1989, dos estudiantes de postgrado de la Vrije Universiteit Brussel descubrieron por casualidad una propiedad única de los camélidos (camellos, llamas y alpacas, entre otros). Mientras analizaban el suero sanguíneo congelado de los camélidos, los estudiantes descubrieron que éstos no sólo producen anticuerpos convencionales, sino también un conjunto secundario único de anticuerpos de cadena única (scAbs) compuesto por dos polipéptidos idénticos de cadena pesada, cada uno de los cuales incorpora dos dominios constantes contiguos, una región bisagra y un dominio variable. (Los dominios constantes de cada cadena pesada van en paralelo; más allá de la región bisagra, los dominios variables divergen como los brazos de la letra «Y»). Cada uno de los dominios variables del scAb sirve como módulo de unión al antígeno.
Este emocionante descubrimiento fue sólo el comienzo. Los trabajos posteriores revelaron que sólo se necesita un pequeño fragmento del scAb, un único dominio variable, para reconocer un antígeno. Este fragmento pesa sólo 12-15 kDa, de ahí el nombre de «nanocuerpo»
En cambio, los anticuerpos humanos están compuestos por dos polipéptidos idénticos de cadena pesada y otros dos de cadena ligera. Estas proteínas son grandes, con un peso molecular de aproximadamente 150 kDa. A diferencia de los scAbs de los camélidos, el sitio de unión al antígeno de los anticuerpos humanos abarca tanto las cadenas pesadas como las ligeras (o más bien los dominios variables de estas cadenas), lo que significa que se necesitan todas las cadenas para detectar un antígeno.
Ventajas de los nanocuerpos
Como los anticuerpos humanos son grandes, suelen tener dificultades para acceder a los pequeños espacios de unión de los virus, de ciertas células y de las dianas situadas en lo más profundo del tejido tumoral. Sin embargo, los pequeños nanocuerpos pueden navegar por espacios reducidos y pueden ser una alternativa atractiva a los anticuerpos humanos para los desarrolladores terapéuticos. Además, el dominio de unión de los nanocuerpos es largo, lo que produce una estructura en forma de «dedo» que mejora la capacidad de los nanocuerpos para alcanzar sus objetivos.
Una enorme ventaja de los nanocuerpos, en comparación con los anticuerpos humanos convencionales, es su fácil fabricación. El proceso, relativamente sencillo, comienza con la inmunización de un camélido con el antígeno deseado. El sistema inmunitario del camélido produce un scAb que reconoce el antígeno. A continuación, se toma una muestra de sangre del camélido (que, por lo demás, no sufre daños) y se extrae de la muestra el ARNm del scAb.
Los genes del dominio variable de unión al antígeno, es decir, el nanocuerpo, se amplifican a continuación a partir del ARNm. A continuación, se pueden producir grandes cantidades del nanocuerpo final dentro de microorganismos, normalmente Escherichia coli, a un bajo coste.
Métodos más novedosos están eliminando por completo a los animales de la ecuación mediante el ensayo de antígenos frente a una biblioteca de nanocuerpos preproducida. Twist Bioscience, a través de su división Twist BioPharma, ofrece varios tipos de bibliotecas de nanocuerpos en un marco de scAb de llama o de scAb parcialmente humanizado. Se pueden probar miles de millones de secuencias de nanocuerpos a la vez, lo que hace que el descubrimiento y el desarrollo de anticuerpos sea extremadamente rápido y relativamente barato.
Aplicaciones de los nanocuerpos
Originalmente, los nanocuerpos se utilizaban sólo o principalmente con fines de investigación. Sin embargo, la exploración del uso de los nanocuerpos como terapéutica ha aumentado drásticamente en la última década. En febrero de 2019, se produjo un avance significativo cuando la FDA aprobó el primer nano-cuerpo terapéutico.
El fármaco, llamado Cablivi, fue desarrollado por Ablynx para el tratamiento de la púrpura trombocitopénica adquirida. Cablivi actúa como un antifactor von Williebrand y evita que las plaquetas se agreguen alrededor de los órganos.
Los nanocuerpos para diversas afecciones están en fase de ensayo clínico. Por ejemplo, se están evaluando nanocuerpos como tratamientos para la psoriasis, la artritis reumatoide y las infecciones víricas.
Además de constituir terapias en solitario, los nanocuerpos pueden contribuir a las terapias combinadas. Son interesantes los ensayos clínicos que exploran la combinación de nanocuerpos y terapias de células T con receptores de antígenos quiméricos (CAR) para el cáncer.
Las células T CAR están diseñadas genéticamente para reconocer y dirigirse a los antígenos de la superficie de los tumores. Hasta ahora, las terapias con células T CAR han sido tratamientos muy prometedores para los cánceres de la sangre que no responden a los tratamientos más convencionales. Sin embargo, las terapias con células T CAR aún no han tenido éxito contra los tumores sólidos.
Para enfrentarse a los tumores sólidos, las células T CAR podrían tener que dirigirse a objetivos alternativos. Las dianas habituales incluyen antígenos específicos del cáncer, que están resultando difíciles de encontrar, y antígenos asociados al cáncer, que son más fáciles de encontrar pero más difíciles de atacar con seguridad, ya que también aparecen en las células sanas.
Estas dianas plantean otra dificultad más. Suelen ser el objetivo de las células T CAR que incorporan un dominio de reconocimiento de antígeno derivado de un anticuerpo monoclonal humano. Sin embargo, los anticuerpos humanos pueden causar inmunogenicidad y provocar efectos secundarios y una reducción de la eficacia de las células T CAR.
¿Qué objetivos alternativos podrían ser adecuados? Las posibilidades abundan en la matriz extracelular, una red de proteínas que protege a los tumores sólidos y alberga moléculas inmunosupresoras. La idea de atacar objetivos en la matriz extracelular atrajo a los científicos del Hospital Infantil de Boston. Finalmente, estos científicos decidieron diseñar células T CAR con dominios de reconocimiento de antígenos derivados de nanocuerpos.
Usando modelos de cáncer en ratones, los científicos demostraron que las células T CAR basadas en nanocuerpos son débilmente inmunogénicas y capaces de reconocer antígenos específicos en el microambiente del tumor. Para construir estas células T CAR, los científicos utilizaron el método de ensamblaje de Gibson, una técnica que permite combinar y clonar múltiples fragmentos de ADN.
Las construcciones de células T CAR con nanocuerpos son capaces de dañar los vasos sanguíneos que nutren el tumor y los elementos de la matriz extracelular que lo protegen. El daño al microambiente tumoral ralentiza significativamente el crecimiento y permite que otros tratamientos, como la quimioterapia, accedan al interior del tumor.
Cuestiones relacionadas con el desarrollo de los nanocuerpos
Han tenido que pasar 30 años desde que se descubrieron los nanocuerpos en 1989 para que una terapia con nanocuerpos llegara al mercado. Los primeros 10 años se centraron en la investigación de la estructura, la composición y las propiedades de los nanocuerpos. Justo después de la marca de 10 años, en 2001, la Vrije Universiteit Brussel intentó comercializar los nanocuerpos con múltiples patentes emitidas a su nombre. Estas patentes pasaron posteriormente al Vlaams Interuniversitair Instituut voor Biotechnologie (VIB) y luego a una empresa fundada por el VIB, Ablynx, en 2002.
Es probable que las limitaciones de la propiedad intelectual sobre la composición de la materia de los nanocuerpos hayan contribuido al largo retraso entre el descubrimiento de los nanocuerpos y la primera aprobación de un fármaco basado en nanocuerpos. Sin embargo, las principales reivindicaciones de patentes sobre esta biomolécula expiraron en 2014 en Europa y en 2017 en América, lo que permitió a Ablynx ampliar significativamente su colaboración con algunas de las mayores empresas farmacéuticas del mundo, como Merck & Co., Boehringer Ingelheim y Sanofi.
Estas colaboraciones han dado lugar a una avalancha de ensayos clínicos registrados con nanocuerpos y a la tan esperada aprobación de Cablivi. Además, la disminución de las barreras de propiedad intelectual asociadas a la composición de la materia de los nanocuerpos ha permitido que aún más empresas muestren interés en la comercialización de estas supermoléculas.
Como todas las terapias, los nanocuerpos tienen inconvenientes. Su pequeño tamaño hace que se eliminen rápidamente por los riñones, lo que reduce su vida media. Por lo tanto, para garantizar la presencia de un volumen suficiente de nanocuerpos en la sangre para lograr el efecto deseado, se requiere una dosificación frecuente, que puede inducir toxicidad renal. También existe un pequeño riesgo de que los pacientes puedan tener una respuesta inmunitaria a los nanocuerpos terapéuticos, ya que son un material biológico.
Por suerte, estos problemas pueden superarse. Las investigaciones han demostrado que la fusión de los nanocuerpos con la albúmina sérica, una proteína de transporte abundante que se encuentra en la sangre, aumenta significativamente la vida media de los nanocuerpos, lo que les permite permanecer en la sangre durante más tiempo y en mayores cantidades. La inmunogenicidad de los nanocuerpos puede reducirse mediante la humanización, un proceso que modifica algunas de las secuencias proteicas de los nanocuerpos para aumentar su similitud con los anticuerpos humanos, reduciendo el riesgo de una reacción inmunitaria negativa.
Aunque se ha retrasado la comercialización de los nanocuerpos como terapéuticos, ahora que múltiples empresas pueden invertir en estas moléculas maravillosas y únicas, se prevé que pronto habrá una explosión de nanocuerpos que se utilizarán como terapéuticos para una multitud de enfermedades, desde las infecciones virales hasta el cáncer. Los nanocuerpos de camélidos no sólo han demostrado su valía, sino que podrían cambiar el panorama de la terapia con anticuerpos y dar paso a una nueva generación de terapias.