A közelmúltban a COVID-19 lehetséges kezelési módjaként kerültek reflektorfénybe az egydoménes antitestek, vagyis a nanoszervek. Valójában egy ausztrál biotechnológiai vállalat, a Beroni Group által kifejlesztett COVID-19 nanoszervezeten alapuló kezelés jelenleg preklinikai tesztelés alatt áll. Noha a nanitestek csak most kezdik kiaknázni terápiás potenciáljukat, évtizedek óta tanulmányozzák őket.
1989-ben a Vrije Universiteit Brussel két végzős hallgatója véletlenül felfedezte a tevefélék (többek között a tevék, lámák és alpakák) egy egyedülálló tulajdonságát. A fagyasztott tevevérszérum vizsgálata során a hallgatók megállapították, hogy a tevefélék nemcsak hagyományos antitesteket termelnek, hanem egy egyedülálló másodlagos egyláncú antitestkészletet (scAbs) is, amely két azonos nehézláncú polipeptidből áll, amelyek mindegyike két egybefüggő állandó domént, egy csuklós régiót és egy változó domént tartalmaz. (Mindkét nehézlánc állandó doménjei párhuzamosan futnak; a zsanérterületen túl a változó domének szétágaznak, mint az “Y” betű karjai). A scAb mindegyik változó doménje antigénkötő modulként szolgál.
Ez az izgalmas felfedezés csak a kezdet volt. A későbbi munkák során kiderült, hogy a scAb-nak csak egy apró töredéke, egyetlen változó domén szükséges az antigén felismeréséhez. Ez a fragmentum mindössze 12-15 kDa tömegű, innen a “nanobody” elnevezés.”
A humán antitestek ezzel szemben két azonos nehézláncú és két azonos könnyűláncú polipeptidből állnak. Ezek a fehérjék nagyok, molekulatömegük körülbelül 150 kDa. A tevefélék scAb-jaitól eltérően a humán antitestek antigénkötő helye kiterjed mind a nehéz-, mind a könnyű láncra (vagy inkább e láncok változó doménjeire), ami azt jelenti, hogy egy antigén kimutatásához az összes láncra szükség van.
Nanobody előnyei
Mivel a humán antitestek nagyok, gyakran nehezen férnek hozzá a vírusok, bizonyos sejtek és a tumorszövet mélyén lévő célpontok kis kötőhelyeihez. A kisméretű nanitestek azonban képesek a szűk helyeken navigálni, és a terápiás fejlesztők számára vonzó alternatívát jelenthetnek a humán antitestek helyett. Ráadásul a nanitestek kötési tartománya hosszú, ami egy “ujjszerű” struktúrát eredményez, ami fokozza a nanitestek képességét a célpontok elérésére.
A nanitestek egyik hatalmas előnye a hagyományos humán antitestekkel szemben a könnyű gyárthatóságuk. A viszonylag egyszerű folyamat egy teveállat immunizálásával kezdődik a kívánt antigénnel. A tevelidák immunrendszere olyan scAb-t termel, amely felismeri az antigént. Ezt követően vérmintát vesznek a (máskülönben sértetlenül hagyott) tevelidától, és a mintából kivonják a scAb mRNS-ét.
A változó antigénkötő domén, azaz a nanobody génjeit ezután az mRNS-ből amplifikálják. Ezután a végleges nanobody nagy mennyiségben, alacsony költséggel előállítható mikroorganizmusokban, jellemzően Escherichia coliban.
Újabb módszerek teljesen kivonják az állatokat az egyenletből azáltal, hogy az antigéneket egy előre előállított nanobody-könyvtárral szemben tesztelik. A Twist Bioscience a Twist BioPharma részlegén keresztül többféle nanobody könyvtárat kínál láma scAb vagy részben humanizált scAb keretben. Egyszerre több milliárd nanobody szekvencia tesztelhető, így az antitestek felfedezése és fejlesztése rendkívül gyors és viszonylag olcsó.
Nanobody alkalmazások
Eredetileg a nanobody-kat csak vagy elsősorban kutatási célokra használták. Az elmúlt évtizedben azonban drámaian megnőtt a nanoszervezetek terápiás célú felhasználásának kutatása. 2019 februárjában jelentős előrelépés történt, amikor az FDA engedélyezte az első nanobody-terápiás készítményt.
A Cablivi nevű gyógyszert az Ablynx fejlesztette ki a szerzett trombotikus trombocitopéniás purpura kezelésére. A Cablivi anti-von Williebrand-faktorként működik, és megakadályozza, hogy a vérlemezkék a szervek körül aggregálódjanak.
A klinikai vizsgálatokban különböző betegségek kezelésére szolgáló nanogyógyszerek vannak folyamatban. A nanitesteket például a pikkelysömör, a reumás ízületi gyulladás és a vírusfertőzések kezelésére vizsgálják.
A nanitestek amellett, hogy önálló terápiákat alkotnak, hozzájárulhatnak a kombinált terápiákhoz is. Érdekesek azok a klinikai kísérletek, amelyek a nanoszervezetek és a kiméra antigénreceptoros (CAR) T-sejtes terápiák kombinációját vizsgálják a rák kezelésére.
A CAR T-sejteket genetikailag úgy alakították ki, hogy felismerjék és célba vegyék a daganatok felszínén lévő antigéneket. Eddig a CAR T-sejtes terápiák nagyon ígéretes kezelések voltak a hagyományosabb kezelésekre nem reagáló vérrákok kezelésére. A CAR T-sejtes terápiák azonban még nem voltak sikeresek a szolid tumorok ellen.
A szolid tumorok elleni küzdelemhez a CAR T-sejteknek alternatív célpontokat kell megcélozniuk. A szokásos célpontok közé tartoznak a rák-specifikus antigének, amelyeket nehéznek bizonyul megtalálni, és a rákhoz kapcsolódó antigének, amelyeket könnyebb megtalálni, de nehezebb biztonságosan megtámadni, mivel egészséges sejteken is megjelennek.
Ezek a célpontok még egy újabb, újabb nehézséget jelentenek. Ezeket általában olyan CAR T-sejtek veszik célba, amelyek egy humán monoklonális antitestből származó antigénfelismerő domént tartalmaznak. A humán antitestek azonban immunogenitást okozhatnak, ami mellékhatásokhoz és a CAR T-sejtek hatékonyságának csökkenéséhez vezethet.
Milyen alternatív célpontok lehetnek megfelelőek? Az extracelluláris mátrixban, a szilárd tumorokat védő és immunszuppresszív molekulákat rejtő fehérjék hálójában rengeteg lehetőség van. A bostoni gyermekkórház tudósainak tetszett a gondolat, hogy az extracelluláris mátrixban lévő célpontokat támadják meg. Végül ezek a tudósok úgy döntöttek, hogy olyan CAR T-sejteket fejlesztenek, amelyek nanoszervekből származó antigénfelismerő doménekkel rendelkeznek.
A tudósok a rák egérmodelljeinek felhasználásával kimutatták, hogy a nanoszerv-alapú CAR T-sejtek csak gyengén immunogének, és képesek felismerni a daganat mikrokörnyezetében lévő specifikus antigéneket. E CAR T-sejtek létrehozásához a tudósok a Gibson Assembly módszert használták, egy olyan technikát, amely lehetővé teszi több DNS-fragmentum kombinálását és klónozását.
A CAR T-sejt-nanobody konstrukciók képesek károsítani a tumort tápláló vérereket és az extracelluláris mátrix tumorvédő elemeit. A tumor mikrokörnyezetének károsítása jelentősen lelassítja a növekedést, és lehetővé teszi más kezelések, például a kemoterápia bejutását a tumor belsejébe.
Nanobody fejlesztési problémák
A nanobody-k 1989-es felfedezése után 30 évnek kellett eltelnie ahhoz, hogy egy nanobody-terápiás szer piacra kerüljön. Az első 10 év a nanitestek szerkezetének, összetételének és tulajdonságainak kutatására összpontosult. Közvetlenül a 10 év elteltével, 2001-ben a Vrije Universiteit Brussel több, a nevére kiadott szabadalommal kísérletet tett a nanogyantitestek kereskedelmi forgalomba hozatalára. Ezek a szabadalmak később a Vlaams Interuniversitair Instituut voor Biotechnologie (VIB), majd 2002-ben a VIB által alapított Ablynx vállalathoz kerültek.
Valószínű, hogy a nanoszervezetek összetételére vonatkozó szellemi tulajdonjogi korlátozások hozzájárultak a nanoszervezetek felfedezése és a nanoszervezet-alapú gyógyszerek első engedélyezése közötti hosszú késedelemhez. A biomolekulára vonatkozó fő szabadalmi igények azonban 2014-ben Európában és 2017-ben Amerikában lejártak, ami lehetővé tette az Ablynx számára, hogy jelentősen kiterjessze együttműködését a világ néhány legnagyobb gyógyszeripari vállalatával, köztük a Merck & Co.-val, a Boehringer Ingelheimmel és a Sanofival.
Ezek az együttműködések eredményeként a nanoszervezetek bevonásával zajló klinikai vizsgálatok bejegyzése és a Cablivi régóta várt engedélyezése megtörtént. Emellett a nanoszervezetek összetételével kapcsolatos szellemi tulajdonjogi korlátok csökkenése lehetővé tette, hogy még több vállalat mutasson érdeklődést e szupermolekulák további forgalmazása iránt.
Mint minden terápiának, a nanoszervezeteknek is vannak hátrányai. Kis méretük gyors kiürülést eredményez a vesén keresztül, ami csökkenti a felezési idejüket. Ezért ahhoz, hogy a kívánt hatás eléréséhez elég nagy mennyiségű nanoszervezet legyen jelen a vérben, gyakori adagolásra van szükség, ami vesetoxicitást okozhat. Kicsi a kockázata annak is, hogy a betegek immunválaszt kaphatnak a terápiás nanoszervezetekre, mivel azok biológiai anyagot alkotnak.
Szerencsére ezek a problémák leküzdhetők. Kutatások kimutatták, hogy a nanitestek szérumalbuminnal, a vérben nagy mennyiségben előforduló transzportfehérjével való egyesítése jelentősen megnöveli a nanitestek felezési idejét, lehetővé téve, hogy hosszabb ideig és nagyobb mennyiségben maradjanak a vérben. A nanoszervezetek immunogenitása csökkenthető humanizálással, egy olyan eljárással, amely a nanoszervezetek egyes fehérje szekvenciáit módosítja, hogy növelje hasonlóságukat az emberi antitestekhez, csökkentve ezzel a negatív immunreakció kockázatát.
Míg a nanoszervezetek terápiás célú kereskedelmi forgalomba hozatala eddig késett, most, hogy több vállalat is képes befektetni ezekbe a csodálatos és egyedülálló molekulákba, várhatóan hamarosan robbanásszerűen fognak megjelenni a vírusfertőzésektől a rákig számos betegség terápiájaként használt nanoszervezetek. A teve nanitestek nemcsak bizonyították értéküket, hanem megváltoztathatják az antitestterápiát, és a terápiák új generációját üdvözölhetik.