Evolución de anticuerpos COVID-19
Nueva herramienta tiene como objetivo combatir COVID-19 y otras enfermedades
Este artículo es parte de la cobertura continua de medicina, investigación biomédica, educación médica y políticas de la Home | Harvard Medical School relacionadas con la pandemia del SARS-CoV-2 y la enfermedad COVID-19.
Cuando las bacterias o virus dañinos ingresan al cuerpo, las células inmunes detectan proteínas reveladoras conocidas como antígenos en las superficies de los invasores y envían ejércitos de anticuerpos para defenderse. Si algunos de esos anticuerpos tienen la forma correcta, pueden adherirse y bloquear los antígenos como la llave de un candado.
Pero nuestro sistema inmunológico no siempre tiene los anticuerpos adecuados para combatir a un invasor en particular. Entonces, durante las últimas décadas, los científicos aprendieron a trabajar con animales como camellos y llamas, y a usar técnicas de diseño sintético en el laboratorio para generar anticuerpos que se pueden convertir en medicamentos.
Hasta la fecha, la FDA ha aprobado más de 85 terapias con anticuerpos, incluidas dos autorizaciones de emergencia para el tratamiento de COVID-19.
Evolución de anticuerpos COVID-19
A pesar de su éxito, los enfoques actuales tienen inconvenientes. En un esfuerzo por superar estos obstáculos, los investigadores de la Escuela de Medicina de Harvard y la Universidad de California, Irvine, han desarrollado una tecnología adaptativa más rápida, simple y barata para generar anticuerpos altamente especializados.
Ya han utilizado la plataforma, denominada AHEAD, para desarrollar anticuerpos contra el virus que causa COVID-19. Otros grupos ahora están investigando esos anticuerpos como base para pruebas de diagnóstico y terapias.
“Creemos que AHEAD será una herramienta poderosa para descubrir y optimizar anticuerpos rápidamente, especialmente para abordar patógenos que evolucionan rápidamente”, dijo Andrew Kruse , profesor de química biológica y farmacología molecular en el Instituto Blavatnik de HMS y co-investigador principal del estudio con Chang Liu en UC Irvine.
El descubrimiento de anticuerpos más rápido podría acelerar el desarrollo de fármacos, las pruebas de diagnóstico y los experimentos científicos básicos. Evolución de anticuerpos COVID-19
Chang Liu en UC Irvine
Como se informó el 24 de junio en Nature Chemical Biology , el método usa levadura para producir cientos de millones de diferentes fragmentos de anticuerpos sintéticos llamados nanocuerpos. Los investigadores pueden dejar caer su antígeno de interés, como la proteína de pico que el SARS-CoV-2 usa para ingresar e infectar células humanas, en un vial de la levadura y ver qué nanocuerpos se adhieren.
El equipo diseñó la levadura para que los nanocuerpos evolucionen con cada generación. Eso permite a los investigadores tomar a los ganadores de la primera ronda, ponerlos en un nuevo frasco y realizar un segundo tipo para obtener nanocuerpos que se fijen en el antígeno con aún más éxito. Pueden ejecutar rondas adicionales hasta que estén satisfechos de que tienen uno o más nanocuerpos que se unen bien y solo se unen al antígeno que causa la enfermedad, lo que maximiza la posibilidad de desarrollar una terapia que sea efectiva y tenga efectos secundarios mínimos.
Todo el proceso utiliza técnicas de cultivo de levadura estándar de laboratorio y toma solo una semana y media a tres semanas. Los investigadores pueden buscar nanocuerpos contra muchos antígenos diferentes al mismo tiempo.
“Podemos desarrollar anticuerpos a una velocidad y escala previamente inaccesibles”, dijo Kruse. “Es una nueva forma de hacer ingeniería combinatoria de proteínas”.
AHEAD es la abreviatura de Autonomous Hypermutation yEast surfAce Display.
El trabajo se basa en una plataforma anterior dirigida por Kruse y un colega de la Universidad de California en San Francisco. La nueva versión difiere en sus habilidades de evolución autónoma, que imitan la forma en que los anticuerpos evolucionan naturalmente en llamas y camellos. Evolución de anticuerpos COVID-19
“Es emocionante llevar este poderoso proceso inmunológico en animales a las células de levadura”, dijo Conor McMahon, coautor del artículo con Alon Wellner en el laboratorio de Liu. McMahon realizó el trabajo mientras era becario postdoctoral en el laboratorio de Kruse. Ahora es Vertex Fellow en Vertex Pharmaceuticals.
Potencial para la pandemia
Si bien AHEAD tiene el potencial de producir anticuerpos contra amenazas como cánceres y proteínas involucradas en condiciones autoinmunes, Kruse y sus colegas están enfocados por el momento en usar la tecnología para combatir COVID-19 .
Conor McMahon sostiene un tubo que contiene proteina de pico de SARS CoV 2
“Queríamos que este proyecto se pusiera en marcha lo más rápido posible”, dijo Kruse, “y esperamos poder actuar ahora aún más rápido si algo como esta pandemia volviera a ocurrir”.
Cuando los investigadores introdujeron antígenos del SARS-CoV-2 en los viales de levadura, descubrieron nanocuerpos que los neutralizaban al menos tan bien como, y en algunos casos mejor, que los anticuerpos existentes generados a partir de pacientes humanos, animales y experimentos de laboratorio.
Los nanocuerpos tuvieron un éxito variable en convencer a los antígenos de que se unieran a ellos en lugar de al receptor ACE2, que el SARS-CoV-2 usa para ingresar a las células humanas.
Algunos colegas que avanzaron con los candidatos a nanocuerpos más prometedores han comenzado a ver resultados similares en modelos animales, mientras que otros están utilizando los nanocuerpos para tratar de desarrollar mejores herramientas para detectar el SARS-CoV-2 y los coronavirus relacionados, según Kruse y colaboradores. autores.
AHEAD también podría ayudar a los expertos a responder más rápido cuando surjan nuevas variantes del SARS-CoV-2 o patógenos completamente nuevos.
“Si el SARS-CoV-2 evoluciona de una manera que escapa a las actuales terapias de anticuerpos de uso de emergencia, deberíamos poder desarrollar otras nuevas en aproximadamente dos semanas para bloquear las variantes de escape”, dijo Kruse.
Dado que “casi cualquier laboratorio de biología” está equipado para utilizar equipos y técnicas simples, AHEAD debería permitir a muchos grupos trabajar en la búsqueda de soluciones a futuros brotes “en una respuesta distribuida que satisfaga la urgencia del problema”, agregó Kruse.
Los laboratorios de Debora Marks , profesora asociada de biología de sistemas en HMS, y Jonathan Abraham , profesor asistente de microbiología en HMS, contribuyeron al trabajo. El equipo publicó un artículo relacionado en Nature Communications detallando las técnicas computacionales que desarrollaron para permitir AHEAD.
Este trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de la Salud (DP2GM119163, R35GM136297, DP5OD021345, R01AI146779, R01CA260415, T32GM007753 y T32AI007245), Universidad de California, Irvine (COVID-19 básico, traslacional y el Fondo de Investigación Clínica), Massachusetts Consorcio de patógenos de preparación , una beca Moore Inventor Fellowship y un premio Vallee Scholars.