Bilatzailea
Virus i cèl·lules canceroses, companys casuals en la cerca d'anticossos
Per a infeccions, càncer, malalties autoimmunes… Les teràpies basades en anticossos han augmentat en els últims anys. Però, com es troben els anticossos que s'usaran als hospitals? Encara que pot sonar rar, la resposta té a veure amb les cèl·lules canceroses i els virus.
Què i com són els anticossos?
Els anticossos són un dels eixos de les defenses del nostre cos, coneixen a l'intrús i el marquen per a eliminar els sistemes immunitaris. No sols són capaços de reconèixer virus, bacteris i altres agents infecciosos, sinó que també són capaços de dirigir el sistema immunitari contra les cèl·lules canceroses. O, si s'uneixen a estructures de cèl·lules sanes, poden danyar-les, la qual cosa porta al desenvolupament de malalties autoimmunes.
Els limfòcits B segreguen anticossos quan perceben alguna cosa que consideren desconegut, la qual cosa anomenem antigen. Els limfòcits B poden produir anticossos contra nombrosos antígens —tenim la possibilitat de produir un bilió de diferents!— on cada tipus cel·lular B o clon reconeix un antigen específic. Cada clon de limfòcits B produeix un únic tipus d'anticossos, els denominats anticossos monoclonals 1.
Estructuralment, els anticossos estan formats per dues unitats iguals, dos monòmers, cadascun dels quals té dues cadenes: la cadena lleugera curta i la cadena pesant llarga. Funcionalment, podem dividir aquestes proteïnes en dues parts. D'una banda, es troba la secció que uneix específicament l'antigen, anomenada Fab (fragment antigen-binding). D'altra banda, la secció FC (fragment crystallizable) s'associa amb altres elements del sistema immunitari per a desencadenar la resposta immune 2 (Figura 1).
El món de la immunoteràpia
Suposem que algú no és capaç de produir una resposta immune forta per si mateix, o que corre el risc d'estar en contacte amb un patogen. A aquestes persones se'ls poden administrar anticossos monoclonals directament a través de la sang, amb la finalitat de dur a terme ràpidament la resposta immune, activar o bloquejar diferents vies del sistema immunitari… en funció de les necessitats del pacient. En això consisteix la immunoteràpia. En l'actualitat, preval la immunoteràpia contra el càncer, que representa el 46% dels anticossos utilitzats en la clínica. No obstant això, també són abundants els anticossos per al tractament d'afeccions relacionades amb el sistema immunitari, amb un 27%. També s'utilitzen per a tractar malalties infeccioses o cardiovasculars, entre altres 3 (Figura 1).
Atès que els anticossos monoclonals són útils per a una varietat d'afeccions, no és d'estranyar que s'hagi despertat l'interès de la indústria farmacèutica. I és que, encara que no es tracta d'una teràpia nova, 4 dels medicaments més estesos en el mercat en els últims anys. Per tant, el descobriment de nous anticossos està en plena actualitat. Però, com es busquen?
Buscant anticossos
La primera de les tècniques de localització d'anticossos és la tecnologia hibridoma (Figura 2). georges JF va ser fundada en 1975. Els investigadors Kohler i César Milstein, i, de moment, la majoria dels anticossos que s'utilitzen als hospitals s'han descobert per aquest mètode. En aquesta tècnica, els animals de laboratori, especialment els ratolins, s'immunitzen amb antigen d'interès per a desencadenar una resposta immune contra ell (figura 2A-1. Pas). A continuació, es recull la melsa de l'animal i s'aïllen els limfòcits B actius presents, les cèl·lules productores d'anticossos (figura 2A-2. Pas). Els limfòcits B creixen llavors en el laboratori juntament amb les cèl·lules de mieloma, que sent cèl·lules canceroses permeten un creixement continu. A causa de les condicions del cultiu cel·lular, s'afavoreix la fusió de les cèl·lules de mieloma amb els limfòcits B formant les denominades hibridomes (Figura 2A-3. el pas). Cada hibridoma produirà un únic tipus d'anticòs. Finalment, se seleccionaran les hibridomes que sintetitzen els anticossos que millor coneixen l'antigen 5 (Figura 2A-4. Pas).
Però el mètode té diversos desavantatges. Per exemple, que els anticossos que es produeixen són d'origen ratolí. Per tant, s'han buscat estratègies per a humanitzar aquests anticossos, com l'ús de ratolins transgènics amb sistema immunitari humanitzat 6. En qualsevol cas, el procés de generació d'hibridomes és llarg i de molt baix rendiment, on només l'1% dels hibridomes sobreviurà 5. Tenint en compte les limitacions i l'enfocament ètic, es van crear mètodes que eviten l'ús d'animals de laboratori. El més destacat d'ells és el que es basa en la presentació de la gran col·lecció d'anticossos sobre la superfície dels virus: phage display (Figura 2).
Els virus com a presentadors d'anticossos
La tecnologia phage display no és nova, ja que es remunta als anys 80. El nucli d'aquesta tècnica és el bacteriòfag M13, un virus, que infecta els bacteris. Aquest fago conté una proteïna anomenada pIII en la seva superfície. Si unim al gen d'aquesta proteïna el gen d'una proteïna del nostre interès, el pIII i la nostra proteïna s'expressaran junts sense perjudicar la capacitat d'infectar-se en l'exterior del virus. Així doncs, podem crear una col·lecció de fagos que presentin diferents anticossos, dels quals seleccionarem aquells capaços de detectar la nostra diana d'interès, l'antigen. Però, d'on han sortit aquests anticossos?
Fonts de biblioteques anticossos
Una de les estratègies es basa en les persones immunitzades amb un antigen en particular, per exemple, aquelles que han tingut COVID-19 o que han estat vacunades. Una vegada produïda la resposta antigènica, recollir els limfòcits B activats (Fig. 2B-1. pas) S'obté mitjançant PCR una seqüència específica de l'anticòs monoclonal produït per cada clon d'una mostra de sang. Després, totes les seqüències s'uneixen aleatòriament al gen de la proteïna pIII, sent una molècula de pIII-anticòs per seqüència d'anticossos. Finalment, la col·lecció de seqüències pIII-anticòs s'inclou dins dels bacteris, juntament amb els altres gens necessaris per a la producció de fagos, és a dir, “infectem artificialment” els bacteris. Els bacteris “infectats” produiran llavors fagos amb pIII-anticòs en la superfície (figura 2B-2. Pas). Aquest tipus de biblioteca d'anticossos es denomina biblioteca immune, constituint una biblioteca per cada antigen d'interès 1,6.
En contraposició a les biblioteques que es produeixen contra un antigen específic, les biblioteques naïve es produeixen a partir de limfòcits B d'humans sans o sense malalties determinades. És a dir, en aquesta mena de biblioteques no preval la resposta immune a l'antigen únic, sinó que són més versàtils 1,6. En qualsevol cas, precisament perquè no s'ha desenvolupat una resposta contra un antigen específic, els anticossos que s'obtenen de les biblioteques naïve tenen generalment una afinitat més baixa que els que s'obtenen de les biblioteques immunes. Per tant, se solen utilitzar estratègies per a millorar l'afinitat 8.
Com més variada sigui la biblioteca d'anticossos, majors seran les possibilitats que ens trobem amb algun antigen del nostre interès. Amb aquesta idea es van crear biblioteques sintètiques. En aquest cas, el nombre de tipus d'anticossos monoclonals en una biblioteca augmenta artificialment. Per a això, les seqüències de les àrees responsables del reconeixement de l'antigen es modifiquen aleatòriament en el laboratori o per a complir determinades característiques, i poden obtenir-se anticossos que no existeixen naturalment en la naturalesa 6.
En l'un o l'altre cas, els anticossos es presenten en la superfície del fago. La col·lecció de fagos entra en contacte amb l'antigen itu i se seleccionen els fagos que queden units a ell (Fig.2B-3. Pas). Aquest procés es repeteix tres o quatre vegades, amb condicions cada vegada més estrictes per a la suma. Això permet identificar anticossos específics que només tenen una alta afinitat per l'antigen —els que millor el coneixen— (figura 2B-4. Fase)1,2,6,7.
Un anticòs, onze formes
En pensar en anticossos, solem pensar en proteïnes amb forma d'I. No obstant això, en la majoria dels anticossos humans, com els de tipus IgG (Fig. 1), aquestes molècules són massa complexes per a presentar-se en la superfície dels fagos. Això es deu al fet que els bacteris productors de fagos no poden produir molècules complexes com les IgG. Per tant, en el phage display només s'utilitzen algunes seccions d'IgG. Una d'elles és la part que coneix l'antigen, és a dir, el Fab. Els fab estan formats per dues cadenes, cadascuna de les quals té una secció constant i una secció variable (Figura 1). Però amb la finalitat de facilitar la producció de biblioteques d'anticossos, s'han obtingut formats d'una sola cadena. Els més utilitzats són els denominats -chain fragment variable (scFv), en els quals només es troben unides les parts variables de les dues cadenes (figura 1) 1,9,10. No obstant això, s'utilitzen altres tants formats, com a petits i estranys fragments d'anticòs obtinguts dels camèlids, nanobody, entre altres 11.
Més enllà del phage display
La tecnologia phage display té unes certes limitacions que poden provocar el fracàs d'algun anticòs seleccionat. D'una banda, a l'inici del procés se sol treballar en els formats scFv o Fab, que es produeixen en bacteris. Però normalment els anticossos s'utilitzen com IgG en la clínica; són els que es produeixen en les cèl·lules de mamífers. Per tant, és necessari canviar el format i el mode de producció, que poden ser perjudicials per a l'estructura i les característiques dels anticossos.
S'ha proposat la substitució de fagos per organismes més complexos que puguin presentar les IgG completes, com els llevats (yeast display). No obstant això, en comparació amb el phage display, el rendiment del procés és més baix i les biblioteques d'anticossos són menys variades 12. Una altra opció pot ser l'ús directe de cèl·lules de mamífers (mammalian display). No obstant això, si bé és possible completar col·leccions cel·lulars que presentin IgG adequades, les actuals són petites i el procés per a això és molt costós i difícil 12.
D'altra banda, en el phage display només es té en compte la capacitat de reconèixer l'antigen a l'hora de triar anticossos, sense tenir en compte altres característiques com l'estabilitat 13. En els últims anys, s'han creat moltes eines informàtiques per a predir les característiques dels anticossos. Per tant, poden ajudar a triar els anticossos més adequats 14.
Per tant, encara que els virus i les cèl·lules canceroses sempre han estat considerats enemics, durant 40 anys han estat col·laboradors indispensables per a trobar nous anticossos.
Bibliografia
1. Nur A. Et al. 2023. "antibodi Phage Display". Phage Display: Methods and Protocols, Springer US, Nova York, NY.
2. Dl. R.M. Et al. 2020. "Development of therapéutic antibodies for the treatment of diseases". J. Biomed. Sci. 27, 1.
3. YAbS. https://db.antibodysociety.org/
4. antibodi therapy Market Size, Growth Analysis 2023-2032. Global Market Insights Inc. https://www.gminsights.com/industry-analysis/antibody-therapy-market.
5. Mitra S. i Prendre P.C. 2021. "Hybridoma technology; advcements, clinical significance, and future aspects". J. Genet. Eng. Biotechnol. 19, 159.
6. Geyer C.R J. McCafferty, Dübel S., Bradbury A.R.M i Sidhu S. S. 2012. "Recombinant Antibodies and In vitro Selection Technologies". antibodi Methods and Protocols, Humana Press, Totowa, NJ.
7. Zhang i. 2023. "Evolution of phage display libraries for therapéutic antibodi discovery". MAbs 15, 2213793.
8. Lim C. c., Choong I.S. i Lim T.S. 2019. "Cognizance of Molecular Methods for the Generation of Mutagenic Phage Display antibodi Libraries for Affinity Maturation". Int. J. Mol. Sci. 20, 1861.
9. Huston J.S. Et al. 1988. "Protein engineering of antibodi binding sites: recovery of specific activity in an anti-digoxin singles-chain Fv analogue produced in Escherichia coli". Proc. Natl. Acad. Sci. O. S. a. 85, 5879–5883.
10. Bats A. i Power C A. 2019. "David vs. Goliath: The Structure, Function, and Clinical Prospects of antibodi Fragments". Antibodies 8, 28.
11. Khodabakhsh F., Behdani M., Rami A. i Kazemi-Lomedasht F. 2018. "Singles-Domain Antibodies or Nanobodies: A Class of Next-Generation Antibodies". Int. Rev. Inmunol. 37, 316–322.
12. Slavny P et al. 2024. "Advcements in mammalian display technology for therapéutic antibodi development and beyond: current landscape, challenges, and future prospects". Front. Inmunol. 15, 1469329.
13. Kasana A., Kapoor K. i Verma V. 2025. "From Phage Surface to Bedside: Development of Therapéutic Monoclonal Antibodies using Phage Display". Curr. Pharmacol. Rep. 11, 54.
14. J. Zheng, I Wang, Liang Q Cui L. i Wang L. 2024. "The Application of Machine Learning on antibodi Discovery and Optimization". Molecules 29 5923.
Buletina
Bidali zure helbide elektronikoa eta jaso asteroko buletina zure sarrera-ontzian
