Was sind Kameliden-Antikörper?

Von Deepthi Sathyajith, M.Pharm.Überprüft von Dr. Tomislav Meštrović, MD, Ph.D.

Kameliden-Antikörper mit einer Domäne (auch bekannt als Nanokörper oder VHHs) stammen aus der Familie der Kameliden (Camelidae), einer Familie von Säugetieren wie Lamas, Kamelen und Alpakas. Im Gegensatz zu anderen Antikörpern haben Kameliden-Antikörper keine leichte Kette und bestehen aus zwei identischen schweren Ketten.

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Die einzigartige Struktur dieser Schwerketten-Antikörper (HCAbs) weckte das Interesse verschiedener Forscher für ihre Anwendung in verschiedenen wissenschaftlichen und therapeutischen Bereichen – wie z. B. zelluläre In-vivo-Bildgebung und Antikörpertherapeutika in der Krebstherapie.

Entdeckung von Kameliden-Antikörpern

Kameliden-Antikörper wurden Ende der 1980er Jahre zufällig von einer Gruppe von Studenten entdeckt, die im Labor von Professor Raymond Hamers in Brüssel, Belgien, arbeiteten. Die gesamten und fraktionierten Immunoglobulin-G (IgG)-Moleküle, die aus dem Serum eines Dromedar-Kamels isoliert wurden, wurden mit der Absicht analysiert, ein Serodiagnose-Kit zu entwickeln, das bei der Erkennung von Trypanosomen-Infektionen bei Wasserbüffeln und Kamelen helfen könnte.

Bei der Analyse stellten die Studenten fest, dass die im Kamel vorhandenen Antikörper nicht die übliche Struktur aufwiesen und eine HCAb-Antigen-Bindungsdomäne enthielten, die später als VHH-Domäne bezeichnet wurde. Diese VHH-Domäne befindet sich auf einem einzigen Abschnitt von Aminosäuren und kann Antigene mit einer Größe von 12 bis 15 Kilodalton (kDa) erkennen.

Die Entdeckung der Kameliden-Antikörper führte zu einer weit verbreiteten Verwendung dieser Antikörper in der biotechnologischen Forschung, vor allem aufgrund der relativ einfachen Handhabung dieser Antikörper. Eine Reihe von präklinischen und klinischen Studien sind im Gange, wie z.B. die Wirkung von Kameliden-Antikörpern als bildgebende Reagenzien oder für Therapiestudien gegen Thrombozytenaggregation, Infektion mit dem Respiratory Syncytial Virus (RSV), Giftstoffe, rheumatische Arthritis, aber auch als radiomarkierte Nanokörper.

Eigenschaften von Kameliden-Antikörpern

Kameliden-Antikörper sind sehr spezifisch und neigen zu einem streng monomeren Verhalten, verbunden mit einer hohen Thermostabilität und guter Löslichkeit. Darüber hinaus lässt sich ihre relativ geringe Größe leicht gentechnisch verändern, was die Gesamtproduktionskosten senkt.

Diese VHHs haben eine gute Penetrationsrate in Gewebe und eine geringe Immunogenität – daher werden sie eingesetzt, um antigene Epitope anzuvisieren, die für große Moleküle (wie herkömmliche monoklonale Antikörper) schwer zugänglich sind. Diese Fähigkeit von Kameliden-Antikörpern, kryptische Epitope zu erkennen, macht sie zu idealen Enzyminhibitoren oder für die Infektionsdiagnose.

Die relativ kurze Lebensdauer von Kameliden-Antikörpern ist hilfreich bei der Tumordarstellung von erkranktem Gewebe, das schnell entfernt werden muss. Die Haltbarkeit kann erhöht werden, um das pharmakokinetische Verhalten zu verbessern, indem Optionen wie die Fusion von VHHs mit einem Anti-Serum-Albumin-Anteil oder Serum-Albumin genutzt werden.

Produktion von Kameliden-Antikörpern

Vollständig funktionale Antikörper werden nur in Säugetierzellen effizient produziert, und eine geeignete Glykosylierung dieser Antikörper ist äußerst wichtig, um die erforderliche therapeutische Aktivität zu entfalten. Für eine groß angelegte und wirtschaftliche Produktion von Antikörpern werden jedoch mikrobielle Produktionssysteme wie Escherichia coli (E. coli), filamentöse Pilze oder Hefen verwendet.

VHH können im Allgemeinen gut in Mikroorganismen produziert werden, aber das Produktionsniveau hängt von den VHH-Sequenzmustern ab. Sagt und seine Kollegen haben berichtet, dass die Produktion von VHH in Hefe aufgrund des Vorhandenseins einer potenziellen N-gebundenen Glykosylierungsstelle gesteigert werden kann.

Außerdem haben Studien an Bäckerhefe gezeigt, dass die Produktion von VHH in Hefe durch die Zugabe von Ethanol und die Ergänzung des Wachstumsmediums mit Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Sorbitol oder Casaminosäuren bis zum Fünffachen gesteigert werden kann.

In einer weiteren Forschungsstudie wurde eine Verringerung der Produktion von VHH durch das Vorhandensein ungepaarter C-terminaler Cysteine festgestellt. DNA-Mischung erhöht auch die VHH-Produktion durch zufällige molekulare Evolution.

Durch die Verwendung verschiedener Expressionsformate können monovalente VHHs genetisch in zwei oder mehr VHHs fusioniert werden, um die funktionelle Affinität zu verbessern. Zhang et al. entwickelten pentamere rekombinante Antikörper, die auch als Pentabodies bezeichnet werden, indem sie VHH an die B-Untereinheiten eines E. coli-Toxins banden. Diese Bindung erwies sich als so stark, dass sie zu einer Selbstassemblierung des VHH zu einem Homopentamer führte.

Therapeutische Anwendungen und zukünftige Forschung

Bis vor kurzem waren die therapeutischen Anwendungen von VHH-Antikörpern begrenzt, da sie keine wesentlichen Antikörper-Effektor-Funktionen rekrutieren konnten (wie z.B. Antikörper-abhängige zelluläre Zytotoxizität und Komplement-abhängige Zytolyse), die für eine korrekte Glykosylierung der zweiten schweren Kettenkonstanten (CH2) Domäne erforderlich sind.

Die Produktion von funktionellen Antikörpern konnte daher nur in höheren eukaryotischen Zellen erreicht werden. Neuere Forschungen haben es jedoch möglich gemacht, funktionelle Antikörper in (P. pastoris) zu entwickeln. Bei dem genannten Mikroorganismus handelt es sich um eine methylotrophe Hefe, die für ihre Fähigkeit bekannt ist, rekombinante Proteine in Gramm-Mengen in einem Liter Kultur zu produzieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass VHHs von Kameliden für eine Vielzahl von therapeutischen Anwendungen geeignet sind, z. B. bei der Schlafkrankheit, der durch Rotaviren verursachten Diarrhöe bei Säuglingen, der Maul- und Klauenseuche, der Sepsis, der rheumatoiden Arthritis, bei Gehirnstörungen, neurodegenerativen Erkrankungen usw. VHHs sind als orale Immuntherapie bei Durchfall besonders wirksam, da sie extremen pH-Werten standhalten können.

Neuere Forschungsbemühungen konzentrieren sich nun auf die Entwicklung von Nanokörpern, die keine Effektor-Funktionen benötigen und im Vergleich zu herkömmlichen ganzen Antikörpern nur minimale Nebenwirkungen haben.

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Aufgeschrieben von

Deepthi Sathyajith

Deepthi verbrachte einen Großteil ihrer frühen Karriere als Post-Doktorandin im Bereichpromovierte Forscherin auf dem Gebiet der Pharmakognosie. Sie begann ihre Karriere in der Pharmakovigilanz, wo sie an vielen globalen Projekten mit einigen der weltweit führenden Pharmaunternehmen arbeitete. Deepthi ist jetzt als beratende wissenschaftliche Autorin für ein großes Pharmaunternehmen tätig und arbeitet gelegentlich mit News-Medical zusammen, wobei sie ihr Fachwissen auf eine breite Palette von Themen der Biowissenschaften anwendet.

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