Anticorpos de domínio único, ou nanoborpos, foram recentemente lançados à luz da ribalta como tratamento potencial para a COVID-19. De fato, um tratamento COVID-19 baseado em nanoborpos desenvolvido pelo Grupo Beroni, uma empresa australiana de biotecnologia, está atualmente em testes pré-clínicos. Embora os nanoborpos estejam apenas começando a perceber seu potencial terapêutico, eles têm sido estudados por décadas.
Em 1989, dois estudantes de pós-graduação da Vrije Universiteit Brussel descobriram uma propriedade única dos camelídeos (camelos, lhamas e alpacas, entre outros). Ao testar soro de sangue de camelo congelado, os estudantes descobriram que os camelídeos não só produzem anticorpos convencionais, mas também um conjunto secundário único de anticorpos de cadeia única (scAbs) composto de dois polipéptidos idênticos de cadeia pesada, cada um dos quais incorpora dois domínios constantes contíguos, uma região de dobradiça e um domínio variável. (Os domínios constantes de cada cadeia pesada correm paralelamente; para além da região da dobradiça, os domínios variáveis divergem como os braços da letra “Y.”) Cada um dos domínios variáveis do scAb serve como um módulo de ligação de antígenos.
Esta excitante descoberta foi apenas o começo. O trabalho subsequente revelou que apenas um pequeno fragmento do scAb, um único domínio variável, é necessário para reconhecer um antígeno. Este fragmento pesa apenas 12-15 kDa, daí o nome “nanobody”
Em contraste, os anticorpos humanos são compostos por dois polipéptidos idênticos de cadeia pesada e dois polipéptidos idênticos de cadeia leve. Estas proteínas são grandes, com um peso molecular de aproximadamente 150 kDa. Ao contrário dos scAbs de camelídeos, o sítio de ligação de anticorpos humanos com antígenos abrange as cadeias pesadas e leves (ou melhor, os domínios variáveis destas cadeias), o que significa que todas as cadeias são necessárias para detectar um antígeno.
Vantagens dos anticorpos anoblocos
Como os anticorpos humanos são grandes, eles frequentemente têm dificuldade em acessar pequenos espaços de ligação em vírus, certas células e alvos profundos no tecido tumoral. No entanto, os pequenos nanoborpos podem navegar em espaços apertados e podem ser uma alternativa atraente aos anticorpos humanos para os desenvolvedores terapêuticos. Além disso, o domínio de ligação dos nanoborpos é longo, produzindo uma estrutura “semelhante a um dedo” que aumenta a capacidade dos nanoborpos de atingir os seus alvos.
Uma grande vantagem dos nanoborpos, em comparação com os anticorpos humanos convencionais, é a sua fácil manufacturabilidade. O processo relativamente simples começa com a imunização de um camelídeo com o antígeno desejado. O sistema imunológico do camelídeo produz um scAb que reconhece o antígeno. Uma amostra de sangue é subsequentemente retirada do camelídeo (deixada ilesa), e o mRNA para o scAb é extraído da amostra.
Os genes para o domínio variável de ligação ao antígeno, ou seja, o nanobody, são então amplificados a partir do mRNA. Grandes quantidades do nanobody final podem então ser produzidas dentro de microorganismos, tipicamente Escherichia coli, a um baixo custo.
Novos métodos estão retirando os animais completamente da equação testando antígenos contra uma biblioteca pré-produzida de nanoborpos. Twist Bioscience, através da sua divisão Twist BioPharma, oferece vários tipos de bibliotecas de nanobobodias dentro de uma estrutura de Lhama scAb ou de uma estrutura scAb parcialmente humanizada. Bilhões de sequências de nanobobodias podem ser testadas de uma só vez, tornando a descoberta e desenvolvimento de anticorpos extremamente rápidos e relativamente baratos.
Aplicações de nanobodifusão
Originalmente, os nanobodifusão foram usados apenas ou principalmente para fins de pesquisa. Contudo, a exploração do uso de nanoborpos como terapêutica aumentou drasticamente na última década. Em fevereiro de 2019, um avanço significativo foi feito quando o primeiro nanobody terapêutico foi aprovado pelo FDA.
O medicamento, chamado Cablivi, foi desenvolvido pela Ablynx para o tratamento da púrpura trombocitopênica trombótica adquirida. Cablivi actua como um factor anti-von Williebrand e previne que as plaquetas se agreguem à volta dos órgãos.
Nanobodies for varied conditions are in clinical trials. Por exemplo, os nanoborpos estão a ser avaliados como tratamentos para psoríase, artrite reumatóide, e infecções virais.
Além de constituírem terapias individuais, os nanoborpos podem contribuir para terapias combinadas. De interesse são os ensaios clínicos que exploram a combinação de nanoborpos e receptor de antígenos quiméricos (CAR) terapias com células T para o câncer.
CAR As células T são geneticamente projetadas para reconhecer e direcionar antígenos na superfície dos tumores. Até agora, as terapias com células T CAR têm sido tratamentos muito promissores para os cancros sanguíneos que não respondem aos tratamentos mais convencionais. No entanto, as terapias com células T da CAR ainda não têm tido sucesso contra tumores sólidos.
Para enfrentarem tumores sólidos, as células T da CAR podem precisar de se envolver em alvos alternativos. Os alvos habituais incluem antigénios específicos do cancro, que se estão a revelar difíceis de encontrar, e antigénios associados ao cancro, que são mais fáceis de encontrar, mas mais difíceis de engatar com segurança, uma vez que também aparecem em células saudáveis.
Estes alvos colocam ainda outra dificuldade. Eles são geralmente visados pelas células CAR T que incorporam um domínio de reconhecimento de antígenos derivados de um anticorpo monoclonal humano. Contudo, os anticorpos humanos podem causar imunogenicidade levando a efeitos secundários e a uma redução na eficácia das células T da CAR.
Que alvos alternativos podem ser adequados? As possibilidades abundam na matriz extracelular, uma teia de proteínas que protege os tumores sólidos e abriga as moléculas imunossupressoras. A idéia de atingir alvos na matriz extracelular apelou para os cientistas do Boston Children’s Hospital. Por fim, estes cientistas decidiram engendrar células CAR T com domínios de reconhecimento de antigénios derivados de nanocorpos.
Utilizando modelos de cancro em ratos, os cientistas demonstraram que as células CAR T baseadas em nanocorpos são apenas fracamente imunogénicas e capazes de reconhecer antigénios específicos no microambiente do tumor. Para construir estas células CAR T, os cientistas utilizaram o método Gibson Assembly, uma técnica que permite que múltiplos fragmentos de DNA sejam combinados e clonados.
CAR As construções de células T nanobloco CAR são capazes de danificar os vasos sanguíneos que nutrem o tumor e os elementos protectores do tumor da matriz extracelular. O dano ao microambiente tumoral retarda significativamente o crescimento e permite outros tratamentos, como a quimioterapia, acesso ao interior do tumor.
Problemas de desenvolvimento nanobody
Levou 30 anos após a descoberta dos nanobódios em 1989 para que uma terapêutica nanobody chegasse ao mercado. Os primeiros 10 anos foram centrados na pesquisa da estrutura, composição e propriedades dos nanoborpos. Logo após a marca dos 10 anos, em 2001, a Vrije Universiteit Brussel tentou comercializar nanoborpos com múltiplas patentes emitidas em seu nome. Essas patentes foram posteriormente transferidas para o Vlaams Interuniversitair Instituut voor Biotechnologie (VIB) e depois para uma empresa fundada pelo VIB, a Ablynx, em 2002.
É provável que as limitações da propriedade intelectual sobre a composição da matéria dos nanoborpos tenham contribuído para a longa demora entre a descoberta de nanoborpos e a primeira aprovação de um medicamento à base de nanobobodas. Entretanto, as principais reivindicações de patentes sobre esta biomolécula expiraram em 2014 na Europa e 2017 na América, permitindo à Ablynx expandir significativamente sua colaboração com algumas das maiores empresas farmacêuticas do mundo, incluindo Merck & Co., Boehringer Ingelheim e Sanofi.
Estas colaborações resultaram em uma enxurrada de ensaios clínicos sendo registrados envolvendo nanoborpos e a tão esperada aprovação da Cablivi. Além disso, a diminuição das barreiras de propriedade intelectual associadas à composição de nanoborpos permitiu que ainda mais empresas mostrassem interesse na comercialização destas super-moléculas.
Como em todas as terapias, os nanoborpos têm inconvenientes. O seu pequeno tamanho resulta numa rápida depuração através dos rins, reduzindo a sua meia-vida. Portanto, para assegurar um volume suficiente de nanoborpos no sangue para atingir o efeito desejado, é necessária uma dosagem frequente, o que pode induzir toxicidade renal. Existe também um pequeno risco de que os doentes possam ter uma resposta imunológica aos nanoborpos terapêuticos por serem um material biológico.
Felizmente, estes problemas podem ser ultrapassados. Pesquisas demonstraram que a fusão de nanoborpos à albumina sérica, uma proteína de transporte abundante encontrada no sangue, aumenta significativamente a meia-vida dos nanoborpos, permitindo-lhes permanecer no sangue por mais tempo e em maiores quantidades. A imunogenicidade dos nanoborpos pode ser reduzida através da humanização, um processo que modifica algumas das sequências de proteínas nanobody para aumentar a sua semelhança com os anticorpos humanos, reduzindo o risco de uma reacção imune negativa.
Embora tenha havido atrasos na comercialização de nanoborpos como terapêutica, agora que múltiplas empresas são capazes de investir nestas moléculas maravilhosas e únicas, prevê-se que em breve haverá uma explosão de nanoborpos a serem utilizados como terapêutica para uma multiplicidade de doenças, desde infecções virais ao cancro. Os nanoborpos camelídeos não só provaram seu valor como também podem mudar o cenário da terapia de anticorpos e granizo em uma nova geração de terapêuticas.