Vad är Camelid-antikroppar?

Av Deepthi Sathyajith, M.Pharm.Granskad av Dr. Tomislav Meštrović, MD, Ph.D.

Camelid single-domain-antikroppar (även kända som nanobodies eller VHHs) härstammar från däggdjursfamiljen Camelidae, t.ex. lamor, kameler och alpackor. Till skillnad från andra antikroppar saknar camelid-antikroppar en lätt kedja och består av två identiska tunga kedjor.

Bildkredit: Rickyd /

Den unika strukturen hos dessa antikroppar med tunga kedjor (HCAbs) har väckt olika forskares intresse för deras tillämpning inom olika vetenskapliga och terapeutiska områden – t.ex. in vivo-cellulär avbildning och antikroppsterapeutik i cancerbehandling.

Upptäckten av kamelid-antikroppar

Kamelid-antikroppar upptäcktes av en slump i slutet av 1980-talet av en grupp studenter som arbetade i professor Raymond Hamers laboratorium i Bryssel, Belgien. De totala och fraktionerade immunglobulin-G (IgG)-molekylerna som isolerats från serumet från en dromedarkamel analyserades i syfte att utveckla ett serodiagnostiskt kit som skulle kunna hjälpa till att upptäcka trypanosominfektion hos vattenbufflar och kameler.

Under analysen insåg studenterna att antikropparna som fanns i kamelen inte hade den vanliga strukturen och innehöll en HCAb-antigenbindande domän som senare benämndes VHH-domänen. Denna VHH finns på en enda sträcka av aminosyror och kan känna igen antigener som är så små som 12 till 15 kilodalton (kDa).

Upptäckten av kamelidernas antikroppar ledde till en utbredd användning av dessa antikroppar inom den biotekniska forskningen, främst på grund av den relativa lätthet med vilken dessa antikroppar kunde hanteras. Ett antal prekliniska och kliniska studier pågår, t.ex. effekten av camelid-antikroppar som avbildningsreagens eller för terapistudier mot trombocytaggregation, infektion med respiratoriskt syncytialvirus (RSV), gifttoxiner, reumatoid artrit, men också som radiomärkta nanobodies.

Egenskaper hos Camelid-antikroppar

Camelid-antikroppar är mycket specifika och tenderar att uppvisa strikt monomeriskt beteende, tillsammans med hög termostabilitet och god löslighet. Dessutom möjliggör deras relativt lilla storlek enkel genteknik, vilket sänker den totala produktionskostnaden.

Dessa VHH:er har en god penetrationsgrad i vävnader och låg immunogenicitet – därför används de för att rikta in sig på antigena epitoper som är svåra för stora molekyler (t.ex. konventionella monoklonala antikroppar) att få tillgång till. Denna förmåga hos kamelidantikroppar att känna igen kryptiska epitoper gör dem idealiska som enzymhämmare eller för infektionsdiagnostik.

Den relativt korta livslängden hos kamelidantikroppar är till hjälp vid tumöravbildning av sjuka vävnader som kräver snabb clearance. Hållbarheten kan ökas för att förbättra det farmakokinetiska beteendet genom att använda alternativ som fusionering av VHHs till en anti-serumalbuminmolekyl eller serumalbumin.

Produktion av kamelidantikroppar

Fullständigt funktionella antikroppar produceras effektivt endast i däggdjursceller, och en lämplig glykosylering av dessa antikroppar är ytterst viktig för att utöva den erforderliga terapeutiska aktiviteten. Mikrobiella produktionssystem som Escherichia coli (E. coli), filamentösa svampar eller jäst används dock för storskalig och ekonomisk produktion av antikroppar.

VHHH kan i allmänhet produceras väl i mikroorganismer, men produktionsnivån beror på VHHH-sekvensmönstren. Sagt och hans kollegor har rapporterat en ökning av produktionen av VHH i jäst på grund av närvaron av en potentiell N-länkad glykosyleringsplats.

För övrigt har studier på bagerijäst visat att produktionen av VHH i jäst kan ökas upp till fem gånger genom tillsats av etanol och komplettering av tillväxtmediet med etylendiamintetraättiksyra (EDTA), sorbitol eller kasaminosyror.

I ännu en annan forskningsstudie minskade produktionen av VHH på grund av förekomsten av oparade C-terminala cysteiner. DNA-shuffling ökar också VHH-produktionen genom slumpmässig molekylär evolution.

Med hjälp av flera uttrycksformat kan monovalenta VHHs genetiskt fusioneras till två eller flera VHHs för att förbättra den funktionella affiniteten. Zhang et al. utvecklade pentameriska rekombinanta antikroppar, även kallade pentabodies, genom att binda VHHH till B-subenheterna av ett E. coli-toxin. Denna bindning observerades vara så stark att den resulterade i att VHHH självmonterades till en homopentamer.

Terapeutiska tillämpningar och framtida forskning

Tidigare var terapeutiska tillämpningar av VHH-antikroppar begränsade, eftersom de inte kunde rekrytera viktiga antikroppseffektorfunktioner (t.ex. antikroppsberoende cellulär cytotoxicitet och komplementberoende cytolys) som krävs för korrekt glykosylering av den andra konstanta domänen med tunga kedjor (CH2).

Därmed kunde produktion av funktionella antikroppar endast uppnås i högre eukaryota celler. Ny forskning har dock gjort det möjligt att utveckla funktionella antikroppar i (P. pastoris). Den ovannämnda mikroorganismen är en metylotrof jäst som är känd för sin förmåga att producera rekombinanta proteiner i gramm mängder i en liter kultur.

Slutsatsen är att VHH:er från kamelider lämpar sig för en rad olika terapeutiska tillämpningar, t.ex. vid sömnsjuka, spädbarnsdiarré orsakad av rotavirus, mul- och klövsjuka, sepsis, reumatoid artrit, hjärnstörningar, neurodegenerativa sjukdomar osv. VHHs är särskilt effektiva som oral immunterapi vid diarré på grund av deras förmåga att klara extrema pH-värden.

Nya forskningsinsatser fokuserar nu på att utveckla nanobodies som inte kräver effektorfunktioner och som har minimala bieffekter jämfört med konventionella hela antikroppar.

Fortsatt läsning

• Allt Camelid-innehåll
• Camelid-antikroppar för behandling av allergier
• Camelid-antikroppar – fördelar och begränsningar
• Struktur för Camelid. Antibodies
• Nanobody Development

Författat av

Deepthi Sathyajith

Deepthi tillbringade en stor del av sin tidiga karriär som postdoktor.doktorand inom farmakognosin. Hon började sin karriär inom farmakovigilans, där hon arbetade med många globala projekt med några av världens ledande läkemedelsföretag. Deepthi är nu vetenskaplig konsultskribent för ett stort läkemedelsföretag och arbetar ibland med News-Medical, där hon tillämpar sin expertis på ett brett spektrum av ämnen inom biovetenskap.

Citat

.