Single-domain antibodies, or nanobodies, is recently thrustlight as potential treatment for COVID-19. 実際、オーストラリアのバイオテクノロジー企業であるBeroni Groupが開発したCOVID-19ナノボディに基づく治療法は、現在、前臨床試験中である。 1989年、ブリュッセル自由大学の2人の大学院生が、偶然にもラクダ科動物（ラクダ、ラマ、アルパカなど）のユニークな性質を発見しました。 ラクダの凍結血清を調べたところ、ラクダ科動物は通常の抗体を産生するだけでなく、2つの同一の重鎖ポリペプチドからなるユニークな二次的単鎖抗体（scAbs）を産生することを発見した。それぞれの重鎖ポリペプチドには、2つの連続した一定ドメイン、ヒンジ領域、可変ドメインが含まれている。 (各重鎖の定常ドメインは平行に走り、ヒンジ領域を超えると可変ドメインはアルファベットの「Y」の字のように分岐する）。 scAbの各可変ドメインは、抗原結合モジュールとして機能する。
このエキサイティングな発見は、始まりに過ぎなかった。 その後の研究により、scAbのごく小さな断片、つまり単一の可変ドメインだけが抗原を認識するために必要であることが明らかになった。 この断片の重さはわずか12～15 kDaであることから、「ナノボディ」と呼ばれています。
対照的に、ヒト抗体は2つの同一の重鎖および軽鎖のポリペプチドから構成されています。 これらのタンパク質は大きく、分子量は約150kDaである。
ナノボディーの利点
ヒト抗体は大きいため、ウイルスや特定の細胞、腫瘍組織深部の標的などの小さな結合空間へのアクセスが困難な場合が多くあります。 しかし、小さなナノボディは狭い空間を移動することができ、治療開発者にとってヒト抗体の魅力的な代替物となる可能性がある。 さらに、ナノボディの結合ドメインは長く、ナノボディが標的に到達する能力を高める「指のような」構造を生成します。
従来のヒト抗体と比較したナノボディの大きな利点の1つは、製造が簡単であることです。 比較的簡単なプロセスは、目的の抗原をラクダに免疫することから始まる。 ラクダ科動物の免疫系は、抗原を認識するscAbを産生する。 その後、ラクダ科動物の血液サンプルを採取し（それ以外は無傷のまま）、そのサンプルからscAbのmRNAを抽出する。
次に、可変抗原結合ドメイン、つまりナノボディの遺伝子をmRNAから増幅する。
新しい方法では、事前に作成されたナノボディ ライブラリに対して抗原をテストすることにより、方程式から完全に動物を取り除いています。 Twist Bioscience社は、そのTwist BioPharma部門を通して、ラマscAbフレームワークまたは部分的にヒト化したscAbフレームワーク内のいくつかのタイプのナノボディライブラリを提供しています。 9209>
ナノボディ応用
元々、ナノボディは研究目的のみ、または主に研究目的で使用されていました。 しかし、治療薬としてのナノボディの使用に関する探究は、過去10年間で劇的に増加しました。 2019年2月、最初のナノボディ治療薬がFDAによって承認され、大きな前進がありました
Cabliviと呼ばれるこの薬は、後天性血栓性血小板減少性紫斑病の治療用にAbrynx社によって開発されました。 Cabliviは抗Von Williebrand因子として作用し、血小板が臓器の周りに凝集するのを防ぎます。
さまざまな条件に対するナノボディが臨床試験で行われています。 例えば、ナノボディは乾癬、関節リウマチ、およびウイルス感染の治療法として評価されています。
単独療法を構成することに加えて、ナノボディは併用療法に貢献する可能性があります。
CAR T細胞は、腫瘍表面の抗原を認識し、標的とするように遺伝子操作された細胞である。 これまでのところ、CAR T細胞療法は、より従来の治療法に反応しない血液がんに対して非常に有望な治療法となっています。 しかし、CAR T細胞療法は固形がんに対してはまだ成功していない。
固形がんを攻略するために、CAR T細胞は別の標的を狙う必要があるかもしれない。 通常の標的には、見つけるのが難しいがん特異的抗原や、見つけるのは簡単だが、健康な細胞にも現れるため安全に関与するのが難しいがん関連抗原があります。 これらは通常、ヒトモノクローナル抗体由来の抗原認識ドメインを組み込んだCAR T細胞が標的となる。 しかし、ヒト抗体は、副作用やCAR T細胞の効力の低下につながる免疫原性を引き起こす可能性があります
どのような代替標的が適しているのでしょうか。 細胞外マトリックスは、固形がんを保護し、免疫抑制分子を保持するタンパク質の網であり、その可能性は豊富である。 ボストン小児病院の研究者たちは、細胞外マトリックスにある標的を攻撃するというアイデアに惹かれた。 最終的に、これらの科学者は、ナノボディに由来する抗原認識ドメインを持つCAR T細胞を設計することに決めました。
マウスがんモデルを使用して、科学者たちは、ナノボディベースのCAR T細胞は弱い免疫原性しかなく、腫瘍微小環境内の特定の抗原を認識することができることを実証しました。 このCAR T細胞を構築するために、研究者らは、複数のDNA断片を結合してクローン化することができる技術であるギブソンアセンブリー法を使用しました。
CAR T細胞-ナノボディ構築物は、腫瘍を養う血管および細胞外マトリックスの腫瘍保護要素を損傷させることが可能です。 また、「ナノボディ」による治療法が市場に出るまでには、1989年にナノボディが発見されて以来、30年の歳月を要しました。 最初の10年間は、ナノボディの構造、組成、特性に関する研究が中心であった。 10年が経過した2001年、ブリュッセル自由大学はナノボディの商業化を試み、その名前で複数の特許を取得した。 これらの特許はその後、Vlaams Interuniversitair Instituut voor Biotechnologie (VIB) に引き継がれ、2002年にはVIBが設立した企業、Ablynxに引き継がれた。
ナノボディの発見からナノボディに基づく薬剤の最初の承認までの長い遅延には、物質の構成に関する知的財産権の制限が関係していると思われる。 しかし、この生体分子に関する主な特許請求権は、ヨーロッパでは2014年、アメリカでは2017年に失効し、アブリンクスはメルク & 社、ベーリンガーインゲルハイム、サノフィなど世界最大の製薬会社との提携を大幅に拡大することができました。
これらの提携により、ナノボディを含む臨床試験の登録が相次ぎ、Cabliviの待望の承認につながったのです。 また、ナノボディの物質構成に関連する知的財産の障壁が減少したことにより、この超分子のさらなる商業化に関心を示す企業がさらに増えています。
すべての治療法と同様に、ナノボディには欠点があります。 サイズが小さいため、腎臓でのクリアランスが早く、半減期が短くなる。 したがって、所望の効果を得るために十分な量のナノボディを血中に存在させるためには、頻繁な投与が必要であり、腎臓毒性を誘発する可能性がある。 また、ナノボディは生物学的材料であるため、患者が治療用ナノボディに対して免疫反応を起こすリスクもわずかにあります。
幸いにも、これらの問題は克服することができます。 研究により、血液中に豊富に含まれる輸送タンパク質である血清アルブミンにナノボディを融合させると、ナノボディの半減期が著しく長くなり、より長く、より大量に血液中にとどまることができることが明らかになりました。 ナノボディの免疫原性は、ヒト抗体との類似性を高めるためにナノボディ・タンパク質配列の一部を変更するプロセスであるヒト化によって低減することができ、負の免疫反応のリスクを低減します。
治療薬としてのナノボディの商業化は遅れていますが、複数の企業がこの素晴らしくユニークな分子に投資できる今、ウイルス感染から癌まで、多くの疾患の治療薬としてナノボディを使用する爆発が近いと予想されます。 ラクダのナノボディは、その価値を証明しただけでなく、抗体療法の展望を変え、新世代の治療薬にあらがう可能性があるのです
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