Mitä ovat kamelivasta-aineet?

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

Kamelidien yhden domeenin vasta-aineet (tunnetaan myös nimellä nanokehot tai VHH:t) ovat peräisin nisäkkäiden Camelidae-heimosta, kuten laamoista, kameleista ja alpakoista. Muista vasta-aineista poiketen kamelidivasta-aineista puuttuu kevytketju, ja ne koostuvat kahdesta identtisestä raskaasta ketjusta.

Image Credit: Rickyd /

Tämän raskaanketjuisten vasta-aineiden (HCAbs, heavy chain antibodies) ainutlaatuisen rakenteen vuoksi useat tutkijat ovat kiinnostuneet niiden käyttämisestä erilaisilla tieteellisillä ja terapeuttisilla aloilla – kuten solujen kuvantamisessa (in vivo solukuvantaminen) ja syöpäkasvainten hoitoon tarkoitetuissa vasta-aineiden hoidoissa.

Kamelidivasta-aineiden löytäminen

Kamelidivasta-aineet löysi vahingossa 1980-luvun lopulla ryhmä opiskelijoita, jotka työskentelivät professori Raymond Hamersin laboratoriossa Brysselissä, Belgiassa. Dromedaarikamelin seerumista eristettyjä immunoglobuliini-G:n (IgG) kokonais- ja fraktioituja molekyylejä analysoitiin tarkoituksenaan kehittää serodiagnostiikkasarja, jonka avulla voitaisiin havaita trypanosomi-infektio vesipuhvelien ja kamelien keskuudessa.

Analyysin aikana opiskelijat huomasivat, että kamelissa esiintyvillä vasta-aineilla ei ollut tavanomaista rakennetta ja että ne sisälsivät HCAb:n sisältävän antigeeniä sitovan domeenialueen, joka sittemmin nimitettiin VHH-domeenialueeksi. Tämä VHH löytyy yhdeltä aminohappojen pätkältä, ja se voi tunnistaa antigeenejä, jotka ovat niinkin pieniä kuin 12-15 kilodaltonia (kDa).

Kameloidien vasta-aineiden löytyminen johti näiden vasta-aineiden laajaan käyttöön bioteknisessä tutkimuksessa, mikä johtui ensisijaisesti siitä, että näitä vasta-aineita voitiin käsitellä suhteellisen helposti. Käynnissä on useita prekliinisiä ja kliinisiä tutkimuksia, kuten kamelidi-vasta-aineiden vaikutus kuvantamisreagensseina tai terapiatutkimuksissa verihiutaleiden aggregaatiota, hengityssynktioviruksen (RSV) infektiota, myrkkymyrkkyjä ja nivelreumaa vastaan, mutta myös radioleimattuina nanokappaleina.

Kamelidivasta-aineiden ominaisuudet

Kamelidivasta-aineet ovat hyvin spesifisiä ja niillä on taipumus käyttäytyä tiukasti monomeerisesti sekä korkea termostabiilisuus ja hyvä liukoisuus. Lisäksi niiden suhteellisen pieni koko mahdollistaa helpon geenitekniikan, mikä alentaa kokonaistuotantokustannuksia.

Näillä VHH-vasta-aineilla on hyvä tunkeutumisnopeus kudoksiin ja vähäinen immunogeenisuus – siksi niitä käytetään kohdentamaan antigeenisiä epitooppeja, joihin suurten molekyylien (kuten perinteisten monoklonaalisten vasta-aineiden) on vaikea päästä käsiksi. Tämä kamelidivasta-aineiden kyky tunnistaa kryptisiä epitooppeja tekee niistä ihanteellisia entsyymi-inhibiittoreina tai infektiodiagnostiikassa.

Kamelidivasta-aineiden suhteellisen lyhyt käyttöikä on hyödyllistä kasvainten kuvantamisessa sairaissa kudoksissa, jotka vaativat nopeaa puhdistumista. Säilyvyysaikaa voidaan pidentää farmakokineettisen käyttäytymisen parantamiseksi käyttämällä vaihtoehtoja, kuten VHH:iden sulauttamista anti-serum-albumiiniryhmään tai seerumialbumiiniin.

Kamelidivasta-aineiden valmistus

Täysin toimivia vasta-aineita tuotetaan tehokkaasti vain nisäkässoluissa, ja näiden vasta-aineiden asianmukainen glykosylaatio on erittäin tärkeää vaaditun terapeuttisen aktiivisuuden harjoittamiseksi. Vasta-aineiden laajamittaiseen ja taloudelliseen tuotantoon käytetään kuitenkin mikrobiologisia tuotantojärjestelmiä, kuten Escherichia coli (E. coli), säikeisiä sieniä tai hiivoja.

VHH:ta voidaan yleensä tuottaa hyvin mikro-organismeissa, mutta tuotantotaso riippuu VHH-sekvenssimalleista. Sagt ja hänen kollegansa ovat raportoineet VHH:n tuotannon lisääntyneen hiivassa mahdollisen N-sidoksisen glykosylaatiokohdan läsnäolon vuoksi.

Lisäksi leivinhiivalla tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että VHH:n tuotantoa hiivassa voidaan lisätä jopa viisinkertaiseksi lisäämällä etanolia ja täydentämällä kasvualustaa etyleenidiamiinitetraetikkahapolla (EDTA), sorbitolilla tai kasaminohapoilla.

Jälleen eräässä toisessa tutkimuksessa VHH:n tuotanto väheni parittomien C-terminaalisten kysteiinien läsnäolon vuoksi. Myös DNA:n sekoittaminen parantaa VHH:n tuotantoa satunnaisen molekyylievoluution avulla.

Käyttämällä useita ilmentymismuotoja monovalenttiset VHH:t voidaan fuusioida geneettisesti kahdeksi tai useammaksi VHH:ksi toiminnallisen affiniteetin parantamiseksi. Zhang et al. kehittivät pentameerisiä rekombinanttivasta-aineita, joita kutsutaan myös pentabodyiksi, sitomalla VHH:ta E. coli -toksiinin B-alayksiköihin. Tämän sitoutumisen havaittiin olevan niin voimakasta, että se johti VHH:n itsekokoonpanoon homopentameeriksi.

Terapeuttiset sovellukset ja tuleva tutkimus

Vähän viime aikoihin asti VHH-vasta-aineiden terapeuttiset sovellukset olivat rajallisia, koska ne eivät kyenneet rekrytoimaan vasta-aineen välttämättömiä efektoritoimintoja (kuten vasta-aineesta riippuvaista solusytotoksisuutta ja komplementti-riippuvaista sytolyysiä), jotka ovat välttämättömiä, jotta toinen raskaanketjuinen vakio- eli CH2-domeeni (CH2-domain) olisi oikeanlaisesti glykosyloitunut.

Toimivien vasta-aineiden tuottaminen voitiin siis saada aikaan vain korkeammissa eukaryoottisoluissa. Viimeaikaiset tutkimukset ovat kuitenkin mahdollistaneet toiminnallisten vasta-aineiden kehittämisen (P. pastoris) soluissa. Edellä mainittu mikro-organismi on metotrofinen hiiva, joka tunnetaan kyvystään tuottaa rekombinanttiproteiineja grammamäärissä yhdessä litrassa viljelmää.

Johtopäätöksenä voidaan todeta, että kamelidien VHH:t soveltuvat monenlaisiin terapeuttisiin sovelluksiin, esimerkiksi uniapneaan, rotaviruksen aiheuttamaan lapsiripuliin, suu- ja sorkkatautiin, sepsikseen, nivelreumaan, aivosairauksiin, hermoston rappeutumissairauksiin jne. VHH:t ovat erityisen tehokkaita suun kautta annettavana immunoterapiana ripulissa, koska ne kestävät äärimmäisiä pH-arvoja.

Uudemmissa tutkimuspyrkimyksissä keskitytään nyt sellaisten nanokappaleiden kehittämiseen, jotka eivät vaadi efektoritoimintoja ja joilla on minimaaliset sivuvaikutukset verrattuna perinteisiin kokonaisiin vasta-aineisiin.

Lisälukemista

• Kaikki kamelidien sisältö
• Kamelidivasta-aineet allergioiden hoidossa
• Kamelidivasta-aineet – edut ja rajoitukset
• Kamelidien rakenne. Antibodies
• Nanobody Development

Kirjoittanut

Deepthi Sathyajith

Deepthi vietti suuren osan uransa alkuvuosista työskennellen post-tohtorin tutkijana farmakognosian alalla. Hän aloitti uransa lääketurvatoiminnan parissa, jossa hän työskenteli monissa maailmanlaajuisissa hankkeissa joidenkin maailman johtavien lääkeyhtiöiden kanssa. Deepthi on nykyään konsultoivana tieteellisenä kirjoittajana suurelle lääkeyhtiölle ja työskentelee satunnaisesti News-Medicalin kanssa soveltaen asiantuntemustaan monenlaisiin biotieteisiin liittyviin aiheisiin.

Viimeisin päivitetty 23.1.2019

Sitaatit

Käyttäkää jotakin seuraavista formaateista, kun haluatte siteerata tätä artikkelia esseessänne, paperissanne tai raportissanne:

• APA

  Sathyajith, Deepthi. (2019, January 23). Mitä ovat kamelidien vasta-aineet? News-Medical. Haettu 24. maaliskuuta 2021 osoitteesta https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Camelid-Antibodies.aspx.

• MLA

  Sathyajith, Deepthi. ”Mitä ovat kamelidien vasta-aineet?”. News-Medical. 24. maaliskuuta 2021. <https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Camelid-Antibodies.aspx>.

• Chicago

  Sathyajith, Deepthi. ”Mitä ovat kamelidien vasta-aineet?”. News-Medical. https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Camelid-Antibodies.aspx. (viitattu 24.3.2021).

• Harvard

  Sathyajith, Deepthi. 2019. What are Camelid Antibodies?. News-Medical, katsottu 24. maaliskuuta 2021, https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Camelid-Antibodies.aspx.