Pod koniec marca Amerykańska Agencja ds. Leków (FDA) zatwierdziła terapię preparatem przygotowywanym z osocza ozdrowieńców jako alternatywną terapię leczenia COVID-19. Pasywna terapia przeciwciałami była już historycznie wykorzystywana do powstrzymywania epidemii grypy, polio czy odry. Ciekawą wariancją tej metody okazuje się podejście z wykorzystaniem nanoprzeciwciał lamy.
Lamy i nanoprzeciwciała
Lamy to trawożerne zwierzęta blisko spokrewnione z wielbłądami, o lżejszej od wielbłądów budowie, bez garbów na grzbiecie, z mniejszą głową. Kojarzymy je głównie ze specyficznym zachowaniem obronnym: plują na przeciwnika śliną zmieszaną z treścią pokarmową i sokiem żołądkowym. Pokrewieństwo z wielbłądami jest tutaj dość istotne. Kilka lat temu grupa studentów biologii z Brukseli, która miała badać przeciwciała we krwi, odmówiła wykonania analizy krwi ludzkiej. Studenci nie chcieli zabijać też myszy. Dlatego do analizy dostali krew wielbłąda, która została w lodówce po poprzednim eksperymencie. Studenci znaleźli we krwi przeciwciała zbudowane z czterech łańcuchów – każdy z nich miał część zmienną i stałą. Część zmienna rozpoznaje bakterie i wirusy, które chcą zaatakować organizm. Dwie cząsteczki części zmiennej rozpoznają jedną wrogą cząsteczkę. Studenci z Brukseli znaleźli jeszcze jeden rodzaj przeciwciał, w których jedna cząsteczka przeciwciała rozpoznawała jedną obcą cząsteczkę. Taka część zmienna to nanoprzeciwciało.
Nanoprzeciwciała (w literaturze fachowej zwane także single-domain antibodies) są małymi białkami, które posiadają wszystkie strukturalne i funkcjonalne właściwości łańcucha ciężkiego konwencjonalnych przeciwciał. Cieżar cząsteczkowy nanoprzeciwciał wynosi około 12-15 kDa, w porównaniu z około 150-160 kDa dla przeciwciał konwencjonalnych. Zostały one zaprojektowane w oparciu o przeciwciała HCAbs (ang. heavy-chain antibodies) występujące u wielbłądowatych. HCAbs pozbawione są łańcuchów lekkich, a zbudowane są z pojedynczego łańcucha zmiennego (VHH) oraz dwóch domen stałych (CH2, CH3). Odizolowana domena VHH jest stabilnym polipeptydem, zachowującym zdolność wiązania antygenu. Nanoprzeciwciała wykazują szereg zalet:
- niewielki ciężar cząsteczkowy (ok. 1/10 konwencjonalnych przeciwciał)
- możliwość łatwego formowania i produkcji
- stabilność i wysoka efektywność działania
- szerokie spektrum potencjalnych celów molekularnych
- możliwość zastosowania różnych dróg podawania
- łatwy do wdrożenia model do badań naukowych
Nanoprzeciwciała otwierają nowe możliwości konstrukcji i zastosowań przeciwciał terapeutycznych. Jeśli do takich nanoprzeciwciał dodamy jeszcze inne cząstki, to możemy otrzymać substancje pomagające diagnozować choroby lub leczyć.
Zanim przejdziemy do omówienia podejścia z wykorzystaniem nanoprzeciwciał lam, warto wspomnieć, że i polska nauka myśli o pójściu w podobnym kierunku. Prezes Agencji Badań Medycznych w porozumieniu z Ministrem Zdrowia podjął decyzję o rozpoczęciu badania własnego pod nazwą „Badania nad szczepionką przeciwko wirusowi SARS-CoV-2 oraz wsparcie prac badawczych nad poszukiwaniem skutecznej terapii”, które realizowane będzie w partnerstwie z polskimi i międzynarodowymi ośrodkami. Jedną z koncepcji przygotowanych w ramach projektu, jest propozycja realizowana przez Narodowy Instytutu Onkologii i Instytut Biochemii i Biofizyki PAN, który we współpracy z innymi naukowcami planuje zastosować nowatorską technologię łączącą wykorzystanie bakteriofagów i nanoprzeciwciał do opracowania terapii przeciwko zakażeniom wirusem SARS-CoV-2. W projekcie planuje się wykorzystać nanoprzeciwciało, które umieszczone zostanie na główce bakteriofaga. To nanoprzeciwciało będzie w stanie rozpoznać wirusa SARS-CoV-2 i uniemożliwi mu wniknięcie do komórek ludzkich. Bakteriofagi są wykorzystywane w terapii od dziesięcioleci i są bezpieczne dla człowieka, natomiast nanoprzeciwciała są od niedawna testowane jako potencjalne modele do walki z drobnoustrojami. Dotychczas nikt jeszcze nie wykorzystał połączenia bakteriofag-nanoprzeciwciało do walki z wirusami ludzkimi.
Winter ratuje świat przed COVID-19
Naukowcy z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin wraz z National Institutes of Health i Uniwersytetem w Gandawie w Belgii opublikowali na łamach czasopisma „Cell” przełomowe badania dotyczące wykorzystania hybrydy nanoprzeciwciał pozyskanych od lamy podczas wcześniejszych badań nad koronawirusami.
Bohaterem artykułu jest Winter, 4-letnia lama, która nadal mieszka na farmie na belgijskiej wsi wraz z około 130 innymi lamami i alpakami. Jej udział w eksperymencie miał miejsce w 2016 roku, kiedy miała około 9 miesięcy, a naukowcy badali dwa wcześniejsze koronawirusy: SARS-CoV-1 i MERS-CoV. W procesie podobnym do szczepień ochronnych u ludzi, wstrzyknięto jej ustabilizowane białka z tych wirusów, uruchamiając jej układ odpornościowy. Następnie badacze pobrali próbkę krwi i wyizolowali przeciwciała, które związały się z białkiem S koronawirusa. Jedno z nich – VHH-72 – wykazało silne działanie hamujące infekowanie komórek w hodowli.
Kiedy pojawił się SARS-CoV-2 i wywołał pandemię COVID-19, zespół badaczy zastanawiał się, czy odkryte przez nich przeciwciało przeciwko SARS-CoV-1 będzie również skuteczne przeciwko wirusowemu kuzynowi. Odkryli, że wiązało się ono również z białkiem szczytowym SARS-CoV-2, choć słabo. Na podstawie badań z 2016 roku opracowano nowe przeciwciało – VHH-72FC – i wykazano, że neutralizuje pseudotypowany wirus zawierający białka S pochodzące z SARS-CoV-2. Jest to pierwsze znane przeciwciało, które neutralizuje zarówno SARS-CoV-1, jak i SARS-CoV-2. Udało się tego dokonać jedynie dzięki wcześniejszej wieloletniej pracy nad innymi koronawirusami.
Naukowcy rozpoczęli już badania na zwierzętach, lecz zebrane dane z badań in vitro są obiecujące. Miejmy nadzieję, że nauka jeszcze nie raz przypomni sobie o wcześniejszych zapomnianych odkryciach i wykorzysta je w nierównej walce z COVID-19.
