Co to są przeciwciała wielbłądów?

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

Camelidowe przeciwciała jedno-domenowe (znane również jako nanociała lub VHH) pochodzą od ssaków z rodziny Camelidae, takich jak lamy, wielbłądy i alpaki. W przeciwieństwie do innych przeciwciał, przeciwciała wielbłądów pozbawione są łańcucha lekkiego i składają się z dwóch identycznych łańcuchów ciężkich.

Image Credit: Rickyd /

Unikalna struktura tych przeciwciał o ciężkim łańcuchu (HCAbs) przyciągnęła zainteresowanie różnych badaczy w celu ich zastosowania w różnych dziedzinach naukowych i terapeutycznych – takich jak obrazowanie komórkowe in vivo i terapie przeciwciałami w terapii nowotworów.

Odkrycie przeciwciał wielbłądów

Przeciwciała wielbłądów zostały przypadkowo odkryte pod koniec lat 80. przez grupę studentów, którzy pracowali w laboratorium profesora Raymonda Hamersa w Brukseli w Belgii. Całkowite i frakcjonowane cząsteczki immunoglobuliny-G (IgG) wyizolowane z surowicy wielbłąda dromadera były analizowane z zamiarem opracowania zestawu serodiagnostycznego, który mógłby pomóc w wykrywaniu zakażenia trypanosomem u bawołów wodnych i wielbłądów.

Podczas analizy studenci zdali sobie sprawę, że przeciwciała obecne u wielbłąda nie miały zwykłej struktury i zawierały domenę wiążącą antygen HCAb, którą następnie nazwano domeną VHH. Ta VHH znajduje się na pojedynczym odcinku aminokwasów i może rozpoznawać antygeny, które są tak małe jak 12 do 15 kilodaltonów (kDa).

Odkrycie przeciwciał wielbłąda doprowadziło do powszechnego stosowania tych przeciwciał w badaniach biotechnologicznych, głównie ze względu na względną łatwość, z jaką te przeciwciała mogą być obsługiwane. Prowadzonych jest wiele badań przedklinicznych i klinicznych, takich jak działanie przeciwciał wielbłądowatych jako odczynników obrazowania lub do badań terapeutycznych przeciwko agregacji płytek krwi, infekcji wirusem syncytialnym układu oddechowego (RSV), toksynom jadowym, reumatoidalnemu zapaleniu stawów, ale także jako radioznakowane nanobody.

Właściwości przeciwciał wielbłądów

Przeciwciała wielbłądów są bardzo specyficzne i wykazują tendencję do ścisłego zachowania monomerycznego, wraz z wysoką termostabilnością i dobrą rozpuszczalnością. Ponadto, ich stosunkowo niewielki rozmiar pozwala na łatwą inżynierię genetyczną, obniżając tym samym ogólny koszt produkcji.

Te VHH charakteryzują się dobrym współczynnikiem penetracji do tkanek i niską immunogennością – dlatego są wykorzystywane do celowania w epitopy antygenowe, do których dostęp jest trudny dla dużych cząsteczek (takich jak konwencjonalne przeciwciała monoklonalne). Ta zdolność przeciwciał wielbłądów do rozpoznawania kryptycznych epitopów czyni je idealnymi jako inhibitory enzymów lub do diagnostyki infekcji.

Względnie krótki czas życia przeciwciał wielbłądów jest pomocny w obrazowaniu nowotworów chorych tkanek, które wymagają szybkiego oczyszczenia. Okres trwałości można wydłużyć w celu poprawy zachowania farmakokinetycznego, stosując takie opcje, jak połączenie VHHs z cząsteczką antysurowiczą lub albuminą surowicy.

Produkcja przeciwciał wielbłądowatych

W pełni funkcjonalne przeciwciała są wydajnie wytwarzane tylko w komórkach ssaków, a odpowiednia glikozylacja tych przeciwciał jest niezwykle ważna dla uzyskania wymaganej aktywności terapeutycznej. Jednakże, systemy produkcji mikrobiologicznej, takie jak Escherichia coli (E. coli), grzyby strzępkowe lub drożdże są wykorzystywane do produkcji przeciwciał na dużą skalę i w sposób ekonomiczny.

VHH może być generalnie dobrze produkowany w mikroorganizmach, ale poziom produkcji zależy od wzorców sekwencji VHH. Sagt i jego współpracownicy zgłosili wzrost produkcji VHH w drożdżach ze względu na obecność potencjalnego miejsca N-linked glikozylacji.

Co więcej, badania na drożdżach piekarskich wykazały, że produkcja VHH w drożdżach może być zwiększona do pięciu razy przez dodanie etanolu i uzupełnienie podłoża wzrostowego kwasem etylenodiaminotetraoctowym (EDTA), sorbitolem lub kasaminokwasami.

W jeszcze innym badaniu stwierdzono zmniejszenie produkcji VHH z powodu obecności niesparowanych C-końcowych cystein. Tasowanie DNA również zwiększa produkcję VHH poprzez losową ewolucję molekularną.

Dzięki zastosowaniu kilku form ekspresji, monowalentne VHH mogą być genetycznie połączone w dwa lub więcej VHH w celu poprawy funkcjonalnego powinowactwa. Zhang i wsp. opracowali pentameryczne rekombinowane przeciwciała, znane również jako pentabody, poprzez wiązanie VHH z podjednostkami B toksyny E. coli. Zaobserwowano, że to wiązanie było tak silne, że spowodowało samoczynne złożenie się VHH w homopentamer.

Zastosowania terapeutyczne i przyszłe badania

Do niedawna, terapeutyczne zastosowania przeciwciał VHH były ograniczone, ponieważ nie mogły one rekrutować istotnych funkcji efektorowych przeciwciał (takich jak cytotoksyczność komórkowa zależna od przeciwciał i cytoliza zależna od dopełnienia), które są wymagane do prawidłowej glikozylacji drugiej domeny stałej ciężkiego łańcucha (CH2).

W związku z tym, produkcja funkcjonalnych przeciwciał mogła być osiągnięta tylko w wyższych komórkach eukariotycznych. Ostatnie badania umożliwiły jednak wytworzenie funkcjonalnych przeciwciał w (P. pastoris). Wspomniany mikroorganizm jest metylotroficznym drożdżem, który jest znany ze swojej zdolności do produkcji rekombinowanych białek w ilościach gramowych w jednym litrze hodowli.

Podsumowując, VHH wielbłądów są odpowiednie do różnych zastosowań terapeutycznych, np. w śpiączce, biegunce niemowląt spowodowanej rotawirusem, pryszczycy, sepsie, reumatoidalnym zapaleniu stawów, zaburzeniach mózgu, chorobach neurodegeneracyjnych itp. VHH są szczególnie skuteczne jako doustna immunoterapia w biegunce ze względu na ich zdolność do wytrzymywania ekstremalnych wartości pH.

Ostatnie wysiłki badawcze koncentrują się obecnie na opracowaniu nanociał, które nie wymagają funkcji efektorowych i które mają minimalne efekty uboczne w porównaniu z konwencjonalnymi całymi przeciwciałami.

Dalsza lektura

• Wszystkie treści o Camelidach
• Przeciwciała Kamelidowe w leczeniu alergii
• Przeciwciała Kamelidowe – Zalety i Ograniczenia
• Struktura Przeciwciał Kamelidowych Przeciwciała
• Rozwój nanobiałek

Written by

Deepthi Sathyajith

Deepthi spędziła znaczną część swojej wczesnej kariery pracując jako badacz podoktoranckich w dziedzinie farmakognozji. Swoją karierę rozpoczęła w dziedzinie nadzoru nad bezpieczeństwem farmakoterapii, gdzie pracowała nad wieloma globalnymi projektami dla wiodących firm farmaceutycznych na świecie. Deepthi jest obecnie konsultantem naukowym w dużej firmie farmaceutycznej i okazjonalnie współpracuje z News-Medical, wykorzystując swoją wiedzę w szerokim zakresie tematów z dziedziny nauk przyrodniczych.

Cytowania

.