Anticorpii cu un singur domeniu, sau nanocorpii, au fost recent puși în lumina reflectoarelor ca un potențial tratament pentru COVID-19. De fapt, un tratament pe bază de nanocorp pentru COVID-19 dezvoltat de Beroni Group, o companie australiană de biotehnologie, se află în prezent în faza de testare preclinică. Chiar dacă nanocorpii abia încep să își conștientizeze potențialul terapeutic, aceștia sunt studiați de zeci de ani.
În 1989, doi studenți absolvenți de la Vrije Universiteit Brussel au descoperit, în mod întâmplător, o proprietate unică a camelidelor (cămile, lame și alpaca, printre altele). În timp ce testau serul de sânge de cămilă congelat, studenții au descoperit că camelidele nu produc doar anticorpi convenționali, ci și un set secundar unic de anticorpi cu lanț unic (scAbs) compus din două polipeptide identice cu lanț greu, fiecare dintre acestea încorporând două domenii constante contigue, o regiune de balama și un domeniu variabil. (Domeniile constante ale fiecărui lanț greu sunt paralele; dincolo de regiunea de balama, domeniile variabile se despart ca brațele literei „Y”). Fiecare dintre domeniile variabile ale scAb-ului servește ca un modul de legare a antigenului.
Această descoperire interesantă a fost doar începutul. Lucrările ulterioare au scos la iveală faptul că doar un mic fragment din scAb, un singur domeniu variabil, este necesar pentru a recunoaște un antigen. Acest fragment cântărește doar 12-15 kDa, de unde și denumirea de „nanocorp.”
În schimb, anticorpii umani sunt compuși din două polipeptide identice cu lanț greu și două polipeptide identice cu lanț ușor. Aceste proteine sunt mari, cu o greutate moleculară de aproximativ 150 kDa. Spre deosebire de scAbs de la camelide, situsul de legare la antigen al anticorpilor umani se întinde atât pe lanțul greu, cât și pe cel ușor (sau mai degrabă pe domeniile variabile ale acestor lanțuri), ceea ce înseamnă că toate lanțurile sunt necesare pentru a detecta un antigen.
Vantajele nanobody
Deoarece anticorpii umani sunt mari, aceștia au adesea dificultăți în a accesa spațiile mici de legare de pe viruși, anumite celule și ținte aflate în profunzimea țesutului tumoral. Cu toate acestea, micii nanobodies pot naviga prin spații înguste și pot fi o alternativă atractivă la anticorpii umani pentru dezvoltatorii terapeutici. În plus, domeniul de legare al nanocorpilor este lung, producând o structură asemănătoare unui „deget” care sporește capacitatea nanocorpilor de a ajunge la țintele lor.
Un avantaj uriaș al nanocorpilor, în comparație cu anticorpii umani convenționali, este ușurința cu care aceștia pot fi fabricați. Procesul relativ simplu începe cu imunizarea unei camelide cu antigenul dorit. Sistemul imunitar al camelidului produce un scAb care recunoaște antigenul. Ulterior, se prelevează o probă de sânge de la camelidă (lăsată în rest nevătămată), iar din probă se extrage ARNm pentru scAb.
Genele pentru domeniul variabil de legare a antigenului, adică nanocorpul, sunt apoi amplificate din ARNm. Cantități mari de nanocorp final pot fi apoi produse în interiorul microorganismelor, de obicei Escherichia coli, la un cost redus.
Metode mai noi elimină complet animalele din ecuație prin testarea antigenelor în raport cu o bibliotecă de nanocorpuri preproduse. Twist Bioscience, prin intermediul diviziei sale Twist BioPharma, oferă mai multe tipuri de biblioteci de nanocorpi în cadrul unui cadru scAb de lama sau al unui cadru scAb parțial umanizat. Miliarde de secvențe de nanocorpi pot fi testate simultan, ceea ce face ca descoperirea și dezvoltarea anticorpilor să fie extrem de rapidă și relativ ieftină.
Aplicații ale nanocorpilor
Original, nanocorpii au fost utilizați numai sau în principal în scopuri de cercetare. Cu toate acestea, explorarea utilizării nanobodies ca terapie a crescut în mod dramatic în ultimul deceniu. În februarie 2019, s-a înregistrat un progres semnificativ atunci când primul nanobody terapeutic a fost aprobat de FDA.
Medicamentul, numit Cablivi, a fost dezvoltat de Ablynx pentru tratamentul purpurei trombotice trombocitopenice dobândite. Cablivi acționează ca un factor anti-von Williebrand și împiedică agregarea trombocitelor în jurul organelor.
Nanobodies pentru afecțiuni variate se află în teste clinice. De exemplu, nanocorpii sunt evaluați ca tratamente pentru psoriazis, poliartrită reumatoidă și infecții virale.
Pe lângă faptul că constituie terapii individuale, nanocorpii pot contribui la terapii combinate. De interes sunt studiile clinice care explorează combinația dintre nanocorpi și terapiile cu celule T cu receptor antigenic chimeric (CAR) pentru cancer.
Celele T CAR sunt modificate genetic pentru a recunoaște și a ținti antigene de pe suprafața tumorilor. Până în prezent, terapiile cu celule CAR T au fost tratamente foarte promițătoare pentru cancerele de sânge care nu răspund la tratamentele mai convenționale. Cu toate acestea, terapiile cu celule CAR T nu au avut încă succes împotriva tumorilor solide.
Pentru a face față tumorilor solide, este posibil ca celulele CAR T să trebuiască să se orienteze către ținte alternative. Țintele obișnuite includ antigene specifice cancerului, care se dovedesc a fi greu de găsit, și antigene asociate cancerului, care sunt mai ușor de găsit, dar sunt mai greu de angajat în condiții de siguranță, deoarece apar și pe celulele sănătoase.
Aceste ținte prezintă încă o altă dificultate. Ele sunt de obicei vizate de celulele T CAR care încorporează un domeniu de recunoaștere a antigenului derivat dintr-un anticorp monoclonal uman. Cu toate acestea, anticorpii umani pot provoca imunogenitate, ceea ce duce la efecte secundare și la o reducere a eficacității celulelor CAR T.
Ce ținte alternative ar putea fi adecvate? Posibilitățile abundă în matricea extracelulară, o rețea de proteine care protejează tumorile solide și adăpostește molecule imunosupresoare. Ideea de a lovi ținte din matricea extracelulară i-a atras pe oamenii de știință de la Boston Children’s Hospital. În cele din urmă, acești oameni de știință au decis să ingenereze celule CAR T cu domenii de recunoaștere a antigenului derivate din nanobodies.
Utilizând modele de cancer la șoareci, oamenii de știință au demonstrat că celulele CAR T bazate pe nanobodies sunt doar slab imunogene și capabile să recunoască antigene specifice în micro-mediul tumoral. Pentru a construi aceste celule CAR T, oamenii de știință au folosit metoda de asamblare Gibson, o tehnică care permite combinarea și clonarea mai multor fragmente de ADN.
Construcțiile de celule CAR T-nanobody sunt capabile să afecteze vasele de sânge care hrănesc tumorile și elementele de protecție tumorală din matricea extracelulară. Deteriorarea micro-mediului tumoral încetinește semnificativ creșterea și permite altor tratamente, cum ar fi chimioterapia, accesul la interiorul tumorii.
Probleme de dezvoltare a nanocorpului
Au fost necesari 30 de ani de la descoperirea nanocorpilor, în 1989, pentru ca un nanocorp terapeutic să ajungă pe piață. Primii 10 ani au fost concentrați pe cercetarea structurii, compoziției și proprietăților nanobodies. Imediat după împlinirea celor 10 ani, în 2001, Vrije Universiteit Brussel a încercat să comercializeze nanobodies cu mai multe brevete emise pe numele său. Aceste brevete au fost ulterior transferate către Vlaams Interuniversitair Instituut voor Biotechnologie (VIB) și apoi către o companie fondată de VIB, Ablynx, în 2002.
Este probabil că limitările de proprietate intelectuală privind compoziția materiei nanocorpilor au contribuit la întârzierea îndelungată dintre descoperirea nanocorpilor și prima aprobare a unui medicament pe bază de nanocorp. Cu toate acestea, principalele revendicări de brevete privind această biomoleculă au expirat în 2014 în Europa și în 2017 în America, permițând Ablynx să își extindă în mod semnificativ colaborarea cu unele dintre cele mai mari companii farmaceutice din lume, inclusiv Merck & Co., Boehringer Ingelheim și Sanofi.
Aceste colaborări au dus la înregistrarea unei avalanșe de studii clinice care implică nanobodies și la aprobarea mult-așteptată a Cablivi. În plus, diminuarea barierelor de proprietate intelectuală asociate cu compoziția materiei nanobodies a permis ca și mai multe companii să se arate interesate de comercializarea ulterioară a acestor supermolecule.
Ca și în cazul tuturor terapiilor, nanobodies au dezavantaje. Dimensiunile lor mici determină o eliminare rapidă prin rinichi, ceea ce le reduce timpul de înjumătățire. Prin urmare, pentru a se asigura că un volum suficient de mare de nanobodies este prezent în sânge pentru a obține efectul dorit, este necesară o dozare frecventă, ceea ce poate induce toxicitate renală. Există, de asemenea, un mic risc ca pacienții să aibă un răspuns imunitar la nanocorpii terapeutici, deoarece aceștia sunt un material biologic.
Din fericire, aceste probleme pot fi depășite. Cercetările au arătat că fuzionarea nanocorpilor cu seroalbumina, o proteină de transport abundentă care se găsește în sânge, crește semnificativ timpul de înjumătățire al nanocorpilor, permițându-le să rămână în sânge mai mult timp și în cantități mai mari. Imunogenitatea nanocorpilor poate fi redusă prin umanizare, un proces care modifică unele dintre secvențele proteice ale nanocorpilor pentru a le crește similitudinea cu anticorpii umani, reducând riscul unei reacții imune negative.
În timp ce au existat întârzieri în ceea ce privește comercializarea nanocorpilor ca produse terapeutice, acum că mai multe companii sunt capabile să investească în aceste molecule minunate și unice, se anticipează că în curând va exista o explozie de nanocorpi care vor fi folosiți ca produse terapeutice pentru o multitudine de boli, de la infecții virale la cancer. Nanocorpii de Camelid nu numai că și-au dovedit valoarea, dar ar putea schimba peisajul terapiei cu anticorpi și ar putea saluta o nouă generație de produse terapeutice.
.