Co jsou to protilátky proti kaméliím?

By Deepthi Sathyajith, M.Pharm.Recenzoval Dr. Tomislav Meštrović, MD, Ph.D.

Kamelidské jednodoménové protilátky (známé také jako nanotělka nebo VHH) pocházejí z čeledi savců Camelidae, jako jsou lamy, velbloudi a alpaky. Na rozdíl od jiných protilátek postrádají velbloudí protilátky lehký řetězec a skládají se ze dvou identických těžkých řetězců.

Obrázek: Rickyd /

Unikátní struktura těchto protilátek s těžkým řetězcem (HCAbs) vzbudila zájem různých výzkumníků o jejich využití v různých vědeckých a terapeutických oblastech – například při buněčném zobrazování in vivo a protilátkové terapii při léčbě rakoviny.

Objev kaméliových protilátek

Kaméliové protilátky byly náhodně objeveny koncem 80. let 20. století skupinou studentů, kteří pracovali v laboratoři profesora Raymonda Hamerse v Bruselu v Belgii. Celkové a frakcionované molekuly imunoglobulinu-G (IgG) izolované ze séra velblouda dromedára byly analyzovány se záměrem vyvinout sérodiagnostickou soupravu, která by mohla pomoci při zjišťování infekce trypanosomami u vodních buvolů a velbloudů.

Při analýze si studenti uvědomili, že protilátky přítomné u velbloudů nemají obvyklou strukturu a obsahují doménu vázající antigen HCAb, která byla následně pojmenována jako doména VHH. Tato VHH se nachází na jediném úseku aminokyselin a může rozpoznávat antigeny o velikosti 12 až 15 kilodaltonů (kDa).

Objev velbloudích protilátek vedl k jejich širokému využití v biotechnologickém výzkumu, a to především díky relativně snadné manipulaci s těmito protilátkami. Probíhá řada preklinických a klinických studií, např. účinek velbloudích protilátek jako zobrazovacích činidel nebo pro terapeutické studie proti agregaci krevních destiček, infekci respiračním syncytiálním virem (RSV), jedovým toxinům, revmatoidní artritidě, ale také jako radioaktivně značených nanotěl.

Vlastnosti kaméliových protilátek

Kaméliové protilátky jsou velmi specifické a mají tendenci vykazovat přísně monomerní chování spolu s vysokou termostabilitou a dobrou rozpustností. Jejich relativně malá velikost navíc umožňuje snadné genetické inženýrství, čímž se snižují celkové výrobní náklady.

Tyto VHH mají dobrou míru průniku do tkání a nízkou imunogenicitu – proto se používají k cílení na antigenní epitopy, které jsou pro velké molekuly (jako jsou konvenční monoklonální protilátky) obtížně dostupné. Tato schopnost kaméliových protilátek rozpoznávat kryptické epitopy je činí ideálními jako inhibitory enzymů nebo pro diagnostiku infekcí.

Relativně krátká životnost kaméliových protilátek je užitečná při zobrazování nádorově postižených tkání, které vyžadují rychlou clearance. Doba použitelnosti může být prodloužena za účelem zlepšení farmakokinetického chování pomocí možností, jako je fúze VHH s protisérovým albuminem nebo sérovým albuminem.

Produkce kaméliových protilátek

Kompletně funkční protilátky jsou účinně produkovány pouze v savčích buňkách a vhodná glykosylace těchto protilátek je nesmírně důležitá pro uplatnění požadované terapeutické aktivity. Pro rozsáhlou a ekonomickou produkci protilátek se však používají mikrobiální produkční systémy, jako je Escherichia coli (E. coli), vláknité houby nebo kvasinky.

VHH lze obecně dobře produkovat v mikroorganismech, ale úroveň produkce závisí na vzorcích sekvence VHH. Sagt a jeho kolegové zaznamenali zvýšení produkce VHH v kvasinkách v důsledku přítomnosti potenciálního N-vázaného glykosylačního místa.

Studie na pekařských kvasinkách navíc prokázaly, že produkci VHH v kvasinkách lze zvýšit až pětinásobně přidáním ethanolu a doplněním růstového média o kyselinu ethylendiamintetraoctovou (EDTA), sorbitol nebo kasaminokyseliny.

V další výzkumné studii bylo zjištěno snížení produkce VHH v důsledku přítomnosti nepárových C-terminálních cysteinů. Zamíchání DNA také zvyšuje produkci VHH náhodnou molekulární evolucí.

Pomocí několika expresních formátů lze monovalentní VHH geneticky sloučit do dvou nebo více VHH a zlepšit tak funkční afinitu. Zhang a spol. vyvinuli pentamerické rekombinantní protilátky, známé také jako pentabodies, navázáním VHH na podjednotky B toxinu E. coli. Bylo zjištěno, že tato vazba je tak silná, že vede k samosložení VHH do homopentameru.

Terapeutické aplikace a budoucí výzkum

Do nedávné doby byly terapeutické aplikace protilátek VHH omezené, protože nemohly nabírat základní efektorové funkce protilátek (jako je buněčná cytotoxicita závislá na protilátce a cytolýza závislá na komplementu), které jsou vyžadovány pro správnou glykosylaci druhé konstantní domény těžkého řetězce (CH2).

Tak bylo možné dosáhnout produkce funkčních protilátek pouze ve vyšších eukaryotických buňkách. Nedávný výzkum však umožnil vyvinout funkční protilátky v (P. pastoris). Uvedený mikroorganismus je metylotrofní kvasinka, která je známá svou schopností produkovat rekombinantní proteiny v gramovém množství v jednom litru kultury.

Závěrem lze říci, že VHH velbloudů jsou vhodné pro řadu terapeutických aplikací, např. u spavé nemoci, dětských průjmů způsobených rotaviry, slintavky a kulhavky, sepse, revmatoidní artritidy, mozkových poruch, neurodegenerativních onemocnění atd. VHH jsou obzvláště účinné jako perorální imunoterapie při průjmech díky své schopnosti odolávat extrémním hodnotám pH.

Nejnovější výzkumné snahy se nyní zaměřují na vývoj nanotěl, která nevyžadují efektorové funkce a která mají minimální vedlejší účinky ve srovnání s konvenčními celými protilátkami.

Další čtení

• Všechen obsah Camelid
• Camelidské protilátky pro léčbu alergií
• Camelidské protilátky – výhody a omezení
• Struktura Camelid. Protilátky
• Vývoj nanoprotilátek

Napsal

Deepthi Sathyajith

Deepthi strávila velkou část své rané kariéry prací jako post-doktorandského výzkumu v oblasti farmakognozie. Svou kariéru zahájila v oblasti farmakovigilance, kde pracovala na mnoha globálních projektech s předními světovými farmaceutickými společnostmi. Deepthi nyní působí jako vědecká konzultantka pro velkou farmaceutickou společnost a příležitostně spolupracuje se společností News-Medical, kde uplatňuje své odborné znalosti v široké škále témat z oblasti přírodních věd.

Citace

.