Wat zijn Camelid antilichamen?

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

De unieke structuur van deze zware keten antilichamen (HCAbs) trok de belangstelling van verschillende onderzoekers voor hun toepassing in verschillende wetenschappelijke en therapeutische gebieden – zoals in vivo cellulaire beeldvorming en antilichaam therapeutica in kankertherapie.

Ontdekking van Camelide antilichamen

Camelide antilichamen werden eind jaren 1980 bij toeval ontdekt door een groep studenten die werkten in het laboratorium van Professor Raymond Hamers in Brussel, België. De totale en gefractioneerde immunoglobuline-G (IgG) moleculen geïsoleerd uit het serum van een dromedariskameel werden geanalyseerd met de bedoeling een serodiagnostische kit te ontwikkelen die zou kunnen helpen bij het opsporen van trypanosome infectie bij waterbuffels en kamelen.

Tijdens de analyse realiseerden de studenten zich dat de antilichamen aanwezig in de kameel niet de gebruikelijke structuur hadden en een HCAb antigeen-bindend domein bevatten dat later het VHH domein werd genoemd. Dit VHH wordt gevonden op een enkele strook aminozuren en kan antigenen herkennen die zo klein zijn als 12 tot 15 kilodaltons (kDa).

De ontdekking van antilichamen tegen kameelachtigen leidde tot het wijdverbreide gebruik van deze antilichamen in biotechnologisch onderzoek, voornamelijk vanwege het relatieve gemak waarmee deze antilichamen konden worden verwerkt. Een aantal preklinische en klinische studies zijn aan de gang, zoals het effect van camelid antilichamen als imaging reagentia of voor therapie studies tegen bloedplaatjes aggregatie, respiratoire syncytiale virus (RSV) infectie, gif toxines, reumatoïde artritis, maar ook als radiogelabelde nanobodies.

Eigenschappen van Camelid antilichamen

Camelid antilichamen zijn zeer specifiek en neigen tot strikt monomeer gedrag, samen met een hoge thermostabiliteit en goede oplosbaarheid. Bovendien maakt hun relatief kleine omvang gemakkelijke genetische manipulatie mogelijk, waardoor de totale productiekosten worden verlaagd.

Deze VHHs hebben een goede penetratiegraad in weefsels en een lage immunogeniciteit – daarom worden zij gebruikt om antigene epitopen aan te pakken die voor grote moleculen (zoals conventionele monoklonale antilichamen) moeilijk te bereiken zijn. Dit vermogen van camelide antilichamen om cryptische epitopen te herkennen maakt hen ideaal als enzymremmers, of voor infectiediagnose.

De relatief korte levensduur van camelide antilichamen is nuttig bij de beeldvorming van tumoren in zieke weefsels die een snelle klaring vereisen. De houdbaarheid kan worden verhoogd om het farmacokinetische gedrag te verbeteren door gebruik te maken van opties zoals het fuseren van VHHs met een anti-serumalbumine gedeelte of serumalbumine.

Productie van Camelid antilichamen

Volledig functionele antilichamen worden alleen efficiënt geproduceerd in zoogdiercellen, en de juiste glycosylering van deze antilichamen is uiterst belangrijk voor het uitoefenen van de vereiste therapeutische activiteit. Microbiële productiesystemen zoals Escherichia coli (E. coli), filamenteuze schimmels of gisten worden echter gebruikt voor grootschalige en economische productie van antilichamen.

VHH kunnen over het algemeen goed worden geproduceerd in micro-organismen, maar het productieniveau is afhankelijk van de VHH-sequentiepatronen. Sagt en zijn collega’s hebben een toename van de productie van VHH in gist gerapporteerd als gevolg van de aanwezigheid van een potentiële N-gekoppelde glycosyleringsplaats.

Bovendien hebben studies op bakkersgist aangetoond dat de productie van VHH in gist tot vijfmaal kan worden verhoogd door toevoeging van ethanol en door het groeimedium aan te vullen met ethyleendiaminetetra-azijnzuur (EDTA), sorbitol of casaminozuren.

In weer een ander onderzoek was er een vermindering van de productie van VHH door de aanwezigheid van ongepaarde C-terminale cysteïnen. DNA shuffling verhoogt ook de VHH-productie door willekeurige moleculaire evolutie.

Door gebruik te maken van verschillende expressievormen, kunnen monovalente VHH’s genetisch worden gefuseerd tot twee of meer VHH’s om de functionele affiniteit te verbeteren. Zhang et al ontwikkelden pentamere recombinante antilichamen, ook bekend als pentabodies, door VHH te binden aan de B-subeenheden van een E. coli toxine. Deze binding bleek zo sterk te zijn dat het resulteerde in zelfassemblage van het VHH tot een homopentamer.

Therapeutische toepassingen en toekomstig onderzoek

Tot voor kort waren de therapeutische toepassingen van VHH-antilichamen beperkt, omdat zij geen essentiële antilichaam-effectorfuncties (zoals antilichaam-afhankelijke cellulaire cytotoxiciteit en complement-afhankelijke cytolyse) konden rekruteren die vereist zijn voor een correcte glycosylering van het tweede zware-keten constante (CH2) domein.

Dus kon de productie van functionele antilichamen alleen worden bereikt in hogere eukaryotische cellen. Recent onderzoek heeft het echter mogelijk gemaakt functionele antilichamen te ontwikkelen in (P. pastoris). Dit micro-organisme is een methylotrofe gist die bekend staat om zijn vermogen om recombinante eiwitten te produceren in gramhoeveelheden in één liter cultuur.

Concluderend kan worden gesteld dat kameelachtige VHH’s geschikt zijn voor een verscheidenheid van therapeutische toepassingen, b.v. bij slaapziekte, zuigelingendiarree veroorzaakt door rotavirus, mond- en klauwzeer, sepsis, reumatoïde artritis, hersenaandoeningen, neurodegeneratieve ziekten, enz. VHHs zijn bijzonder effectief als orale immunotherapie bij diarree vanwege hun vermogen om extreme pH-waarden te weerstaan.

Recente onderzoeksinspanningen richten zich nu op het ontwikkelen van nanobodies die geen effectorfuncties vereisen en die minimale bijwerkingen hebben in vergelijking met conventionele hele antilichamen.

Verder Lezen

• Alle Camelid Inhoud
• Camelid Antilichamen voor de Behandeling van Allergieën
• Camelid Antilichamen – Voordelen en Beperkingen
• Structuur van Camelid Antibodies
• Nanobody Development