Les anticorps à domaine unique, ou nanocorps, ont récemment été propulsés sous les feux de la rampe en tant que traitement potentiel du COVID-19. En fait, un traitement à base de nanocorps COVID-19 développé par le Beroni Group, une société de biotechnologie australienne, est actuellement en phase de tests précliniques. Même si les nanocorps commencent seulement à réaliser leur potentiel thérapeutique, ils sont étudiés depuis des décennies.
En 1989, deux étudiants diplômés de la Vrije Universiteit Brussel ont découvert par hasard une propriété unique des camélidés (chameaux, lamas et alpagas, entre autres). En testant du sérum sanguin congelé de chameau, les étudiants ont constaté que les camélidés produisent non seulement des anticorps conventionnels, mais aussi un ensemble secondaire unique d’anticorps à chaîne unique (scAbs) composé de deux polypeptides à chaîne lourde identiques, chacun d’entre eux incorporant deux domaines constants contigus, une région charnière et un domaine variable. (Les domaines constants de chaque chaîne lourde sont parallèles ; au-delà de la région charnière, les domaines variables divergent comme les bras de la lettre « Y »). Chacun des domaines variables du scAb sert de module de liaison à l’antigène.
Cette découverte passionnante n’était qu’un début. Des travaux ultérieurs ont révélé que seul un minuscule fragment du scAb, un seul domaine variable, est nécessaire pour reconnaître un antigène. Ce fragment ne pèse que 12 à 15 kDa, d’où le nom de « nanocorps ».
A l’inverse, les anticorps humains sont composés de deux polypeptides identiques à chaîne lourde et de deux polypeptides identiques à chaîne légère. Ces protéines sont de grande taille, avec un poids moléculaire d’environ 150 kDa. Contrairement aux scAbs des camélidés, le site de liaison à l’antigène des anticorps humains s’étend à la fois sur les chaînes lourdes et légères (ou plutôt sur les domaines variables de ces chaînes), ce qui signifie que toutes les chaînes sont nécessaires pour détecter un antigène.
Avantages des nanocorps
Les anticorps humains étant de grande taille, ils ont souvent du mal à accéder aux petits espaces de liaison sur les virus, certaines cellules et les cibles situées profondément dans les tissus tumoraux. Cependant, les petits nanocorps peuvent naviguer dans des espaces étroits et peuvent constituer une alternative attrayante aux anticorps humains pour les développeurs thérapeutiques. En outre, le domaine de liaison des nanocorps est long, produisant une structure en forme de « doigt » qui renforce la capacité des nanocorps à atteindre leurs cibles.
Un énorme avantage des nanocorps, par rapport aux anticorps humains conventionnels, est leur facilité de fabrication. Le processus relativement simple commence par l’immunisation d’un camélidé avec l’antigène souhaité. Le système immunitaire du camélidé produit un anticorps qui reconnaît l’antigène. Un échantillon de sang est ensuite prélevé sur le camélidé (laissé par ailleurs indemne), et l’ARNm du scAb est extrait de l’échantillon.
Les gènes du domaine variable de liaison à l’antigène, c’est-à-dire le nanocorps, sont ensuite amplifiés à partir de l’ARNm. De grandes quantités du nanocorps final peuvent alors être produites à l’intérieur de micro-organismes, généralement Escherichia coli, à un faible coût.
De nouvelles méthodes éliminent complètement les animaux de l’équation en testant les antigènes par rapport à une bibliothèque pré-produite de nanocorps. Twist Bioscience, par le biais de sa division Twist BioPharma, propose plusieurs types de bibliothèques de nanocorps dans un cadre scAb de lama ou un cadre scAb partiellement humanisé. Des milliards de séquences de nanocorps peuvent être testées en même temps, ce qui rend la découverte et le développement d’anticorps extrêmement rapides et relativement peu coûteux.
Applications des nanocorps
A l’origine, les nanocorps étaient utilisés uniquement ou principalement à des fins de recherche. Cependant, l’exploration de l’utilisation des nanocorps en tant que thérapeutique a considérablement augmenté au cours de la dernière décennie. En février 2019, une avancée significative a été réalisée lorsque le premier nanocorps thérapeutique a été approuvé par la FDA.
Le médicament, appelé Cablivi, a été développé par Ablynx pour le traitement du purpura thrombotique thrombocytopénique acquis. Cablivi agit comme un facteur anti-von Williebrand et empêche les plaquettes de s’agréger autour des organes.
Des nanocorps pour des conditions variées sont en cours d’essais cliniques. Par exemple, les nanocorps sont évalués comme traitements du psoriasis, de la polyarthrite rhumatoïde et des infections virales.
En plus de constituer des thérapies en solo, les nanocorps peuvent contribuer à des thérapies combinées. Les essais cliniques explorant la combinaison des nanocorps et des thérapies par cellules T à récepteur d’antigène chimérique (CAR) pour le cancer sont intéressants.
Les cellules T CAR sont génétiquement modifiées pour reconnaître et cibler les antigènes à la surface des tumeurs. Jusqu’à présent, les thérapies à cellules T CAR ont été des traitements très prometteurs pour les cancers du sang qui ne répondent pas aux traitements plus conventionnels. Cependant, les thérapies par cellules T CAR n’ont pas encore été efficaces contre les tumeurs solides.
Pour s’attaquer aux tumeurs solides, les cellules T CAR devront peut-être se concentrer sur d’autres cibles. Les cibles habituelles comprennent les antigènes spécifiques du cancer, qui s’avèrent difficiles à trouver, et les antigènes associés au cancer, qui sont plus faciles à trouver mais plus difficiles à engager en toute sécurité, car ils apparaissent également sur des cellules saines.
Ces cibles posent encore une autre difficulté. Elles sont généralement ciblées par des cellules T CAR qui incorporent un domaine de reconnaissance de l’antigène dérivé d’un anticorps monoclonal humain. Cependant, les anticorps humains peuvent provoquer une immunogénicité entraînant des effets secondaires et une réduction de l’efficacité des cellules T CAR.
Quelles cibles alternatives pourraient convenir ? Les possibilités abondent dans la matrice extracellulaire, un réseau de protéines qui protège les tumeurs solides et abrite des molécules immunosuppressives. L’idée d’atteindre des cibles dans la matrice extracellulaire a séduit les scientifiques de l’hôpital pour enfants de Boston. En fin de compte, ces scientifiques ont décidé de concevoir des cellules T CAR avec des domaines de reconnaissance de l’antigène dérivés de nanocorps.
Utilisant des modèles murins de cancer, les scientifiques ont démontré que les cellules T CAR basées sur des nanocorps ne sont que faiblement immunogènes et capables de reconnaître des antigènes spécifiques dans le microenvironnement tumoral. Pour construire ces cellules CAR T, les scientifiques ont utilisé la méthode d’assemblage de Gibson, une technique qui permet de combiner et de cloner de multiples fragments d’ADN.
Les constructions cellules CAR T-nanobody sont capables d’endommager les vaisseaux sanguins nourrissant les tumeurs et les éléments de la matrice extracellulaire protégeant les tumeurs. Les dommages causés au microenvironnement de la tumeur ralentissent considérablement sa croissance et permettent à d’autres traitements, comme la chimiothérapie, d’accéder à l’intérieur de la tumeur.
Problèmes de développement des nanocorps
Il a fallu 30 ans après la découverte des nanocorps en 1989 pour qu’un nanocorps thérapeutique atteigne le marché. Les 10 premières années ont été consacrées à la recherche sur la structure, la composition et les propriétés des nanocorps. Juste après les 10 ans, en 2001, la Vrije Universiteit Brussel a tenté de commercialiser les nanocorps en déposant plusieurs brevets en son nom. Ces brevets ont ensuite été transmis au Vlaams Interuniversitair Instituut voor Biotechnologie (VIB), puis à une société fondée par le VIB, Ablynx, en 2002.
Il est probable que les limitations de la propriété intellectuelle sur la composition de la matière des nanocorps aient contribué au long délai entre la découverte des nanocorps et la première approbation d’un médicament à base de nanocorps. Cependant, les principales revendications de brevet sur cette biomolécule ont expiré en 2014 en Europe et en 2017 en Amérique, ce qui a permis à Ablynx d’étendre considérablement sa collaboration avec certaines des plus grandes sociétés pharmaceutiques du monde, notamment Merck & Co, Boehringer Ingelheim et Sanofi.
Ces collaborations ont entraîné l’enregistrement d’une rafale d’essais cliniques impliquant des nanocorps et l’approbation tant attendue de Cablivi. De plus, la diminution des barrières de propriété intellectuelle associées à la composition de la matière des nanocorps a permis à encore plus d’entreprises de montrer un intérêt pour la commercialisation ultérieure de ces super-molécules.
Comme toutes les thérapies, les nanocorps ont des inconvénients. Leur petite taille entraîne une clairance rapide par les reins, ce qui réduit leur demi-vie. Par conséquent, pour s’assurer qu’un volume suffisant de nanocorps est présent dans le sang afin d’obtenir l’effet désiré, des doses fréquentes sont nécessaires, ce qui peut induire une toxicité rénale. Il existe également un petit risque que les patients aient une réponse immunitaire aux nanocorps thérapeutiques, car il s’agit d’un matériau biologique.
Heureusement, ces problèmes peuvent être surmontés. Des recherches ont montré que la fusion des nanocorps avec la sérum-albumine, une protéine de transport abondante dans le sang, augmente considérablement la demi-vie des nanocorps, ce qui leur permet de rester dans le sang plus longtemps et en plus grande quantité. L’immunogénicité des nanocorps peut être réduite par l’humanisation, un processus qui modifie certaines séquences protéiques des nanocorps pour augmenter leur similarité avec les anticorps humains, réduisant ainsi le risque d’une réaction immunitaire négative.
Bien que la commercialisation des nanocorps en tant que thérapeutiques ait connu des retards, maintenant que de nombreuses entreprises sont en mesure d’investir dans ces molécules merveilleuses et uniques, on s’attend à ce qu’il y ait bientôt une explosion de nanocorps utilisés comme thérapeutiques pour une multitude de maladies, des infections virales au cancer. Les nanocorps de camélidés ont non seulement prouvé leur valeur, mais ils pourraient également changer le paysage de la thérapie par anticorps et ouvrir la voie à une nouvelle génération de thérapies.