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Virus y células cancerosas, compañeros casuales en la búsqueda de anticuerpos
Para infecciones, cáncer, enfermedades autoinmunes… Las terapias basadas en anticuerpos han aumentado en los últimos años. Pero, ¿cómo se encuentran los anticuerpos que se usarán en los hospitales? Aunque puede sonar raro, la respuesta tiene que ver con las células cancerosas y los virus.
¿Qué y cómo son los anticuerpos?
Los anticuerpos son uno de los ejes de las defensas de nuestro cuerpo, conocen al intruso y lo marcan para eliminar los sistemas inmunitarios. No solo son capaces de reconocer virus, bacterias y otros agentes infecciosos, sino que también son capaces de dirigir el sistema inmunitario contra las células cancerosas. O, si se unen a estructuras de células sanas, pueden dañarlas, lo que lleva al desarrollo de enfermedades autoinmunes.
Los linfocitos B segregan anticuerpos cuando perciben algo que consideran desconocido, lo que llamamos antígeno. Los linfocitos B pueden producir anticuerpos contra numerosos antígenos —¡tenemos la posibilidad de producir un billón de diferentes!— donde cada tipo celular B o clon reconoce un antígeno específico. Cada clon de linfocitos B produce un único tipo de anticuerpos, los denominados anticuerpos monoclonales 1.
Estructuralmente, los anticuerpos están formados por dos unidades iguales, dos monómeros, cada uno de los cuales tiene dos cadenas: la cadena ligera corta y la cadena pesada larga. Funcionalmente, podemos dividir estas proteínas en dos partes. Por un lado, se encuentra la sección que une específicamente el antígeno, llamada Fab (fragment antigen-binding). Por otro lado, la sección FC (fragment crystallizable) se asocia con otros elementos del sistema inmunitario para desencadenar la respuesta inmune 2 (Figura 1).
El mundo de la inmunoterapia
Supongamos que alguien no es capaz de producir una respuesta inmune fuerte por sí mismo, o que corre el riesgo de estar en contacto con un patógeno. A estas personas se les pueden administrar anticuerpos monoclonales directamente a través de la sangre, con el fin de llevar a cabo rápidamente la respuesta inmune, activar o bloquear diferentes vías del sistema inmunitario… en función de las necesidades del paciente. En eso consiste la inmunoterapia. En la actualidad, prevalece la inmunoterapia contra el cáncer, que representa el 46 % de los anticuerpos utilizados en la clínica. Sin embargo, también son abundantes los anticuerpos para el tratamiento de afecciones relacionadas con el sistema inmunitario, con un 27%. También se utilizan para tratar enfermedades infecciosas o cardiovasculares, entre otras 3 (Figura 1).
Dado que los anticuerpos monoclonales son útiles para una variedad de afecciones, no es de extrañar que se haya despertado el interés de la industria farmacéutica. Y es que, aunque no se trata de una terapia nueva, 4 de los medicamentos más extendidos en el mercado en los últimos años. Por lo tanto, el descubrimiento de nuevos anticuerpos está en plena actualidad. Pero, ¿cómo se buscan?
Buscando anticuerpos
La primera de las técnicas de localización de anticuerpos es la tecnología hibridoma (Figura 2). georges JF fue fundada en 1975. Los investigadores Kohler y César Milstein, y, por el momento, la mayoría de los anticuerpos que se utilizan en los hospitales se han descubierto por este método. En esta técnica, los animales de laboratorio, especialmente los ratones, se inmunizan con antígeno de interés para desencadenar una respuesta inmune contra él (figura 2A-1. Paso). A continuación, se recoge el bazo del animal y se aíslan los linfocitos B activos presentes, las células productoras de anticuerpos (figura 2A-2. Paso). Los linfocitos B crecen entonces en el laboratorio junto con las células de mieloma, que siendo células cancerosas permiten un crecimiento continuo. Debido a las condiciones del cultivo celular, se favorece la fusión de las células de mieloma con los linfocitos B formando las denominadas hibridomas (Figura 2A-3. el paso). Cada hibridoma producirá un único tipo de anticuerpo. Finalmente, se seleccionarán las hibridomas que sintetizan los anticuerpos que mejor conocen el antígeno 5 (Figura 2A-4. Paso).
Pero el método tiene varias desventajas. Por ejemplo, que los anticuerpos que se producen son de origen ratón. Por tanto, se han buscado estrategias para humanizar estos anticuerpos, como el uso de ratones transgénicos con sistema inmunitario humanizado 6. En cualquier caso, el proceso de generación de hibridomas es largo y de muy bajo rendimiento, donde solo el 1% de los hibridomas sobrevivirá 5. Teniendo en cuenta las limitaciones y el enfoque ético, se crearon métodos que evitan el uso de animales de laboratorio. El más destacado de ellos es el que se basa en la presentación de la gran colección de anticuerpos sobre la superficie de los virus: phage display (Figura 2).
Los virus como presentadores de anticuerpos
La tecnología phage display no es nueva, ya que se remonta a los años 80. El núcleo de esta técnica es el bacteriófago M13, un virus, que infecta las bacterias. Este fago contiene una proteína llamada pIII en su superficie. Si unimos al gen de esta proteína el gen de una proteína de nuestro interés, el pIII y nuestra proteína se expresarán juntos sin perjudicar la capacidad de infectarse en el exterior del virus. Así pues, podemos crear una colección de fagos que presenten diferentes anticuerpos, de los cuales seleccionaremos aquellos capaces de detectar nuestra diana de interés, el antígeno. Pero, ¿de dónde han salido estos anticuerpos?
Fuentes de bibliotecas anticuerpos
Una de las estrategias se basa en las personas inmunizadas con un antígeno en particular, por ejemplo, aquellas que han tenido COVID-19 o que han sido vacunadas. Una vez producida la respuesta antigénica, recoger los linfocitos B activados (Fig. 2B-1. paso) Se obtiene mediante PCR una secuencia específica del anticuerpo monoclonal producido por cada clon de una muestra de sangre. Luego, todas las secuencias se unen aleatoriamente al gen de la proteína pIII, siendo una molécula de pIII-anticuerpo por secuencia de anticuerpos. Finalmente, la colección de secuencias pIII-anticuerpo se incluye dentro de las bacterias, junto con los otros genes necesarios para la producción de fagos, es decir, “infectamos artificialmente” las bacterias. Las bacterias “infectadas” producirán entonces fagos con pIII-anticuerpo en la superficie (figura 2B-2. Paso). Este tipo de biblioteca de anticuerpos se denomina biblioteca inmune, constituyendo una biblioteca por cada antígeno de interés 1,6.
En contraposición a las bibliotecas que se producen contra un antígeno específico, las bibliotecas naïve se producen a partir de linfocitos B de humanos sanos o sin dolencias determinadas. Es decir, en este tipo de bibliotecas no prevalece la respuesta inmune al antígeno único, sino que son más versátiles 1,6. En cualquier caso, precisamente porque no se ha desarrollado una respuesta contra un antígeno específico, los anticuerpos que se obtienen de las bibliotecas naïve tienen generalmente una afinidad más baja que los que se obtienen de las bibliotecas inmunes. Por lo tanto, se suelen utilizar estrategias para mejorar la afinidad 8.
Cuanto más variada sea la biblioteca de anticuerpos, mayores serán las posibilidades de que nos encontremos con algún antígeno de nuestro interés. Con esta idea se crearon bibliotecas sintéticas. En este caso, el número de tipos de anticuerpos monoclonales en una biblioteca aumenta artificialmente. Para ello, las secuencias de las áreas responsables del reconocimiento del antígeno se modifican aleatoriamente en el laboratorio o para cumplir determinadas características, y pueden obtenerse anticuerpos que no existen naturalmente en la naturaleza 6.
En uno u otro caso, los anticuerpos se presentan en la superficie del fago. La colección de fagos entra en contacto con el antígeno itu y se seleccionan los fagos que quedan unidos a él (Fig.2B-3. Paso). Este proceso se repite tres o cuatro veces, con condiciones cada vez más estrictas para la suma. Esto permite identificar anticuerpos específicos que solo tienen una alta afinidad por el antígeno —los que mejor lo conocen— (figura 2B-4. Fase)1,2,6,7.
Un anticuerpo, once formas
Al pensar en anticuerpos, solemos pensar en proteínas con forma de Y. Sin embargo, en la mayoría de los anticuerpos humanos, como los de tipo IgG (Fig. 1), estas moléculas son demasiado complejas para presentarse en la superficie de los fagos. Esto se debe a que las bacterias productoras de fagos no pueden producir moléculas complejas como las IgG. Por tanto, en el phage display sólo se utilizan algunas secciones de IgG. Una de ellas es la parte que conoce el antígeno, es decir, el Fab. Los fab están formados por dos cadenas, cada una de las cuales tiene una sección constante y una sección variable (Figura 1). Pero con el fin de facilitar la producción de bibliotecas de anticuerpos, se han obtenido formatos de una sola cadena. Los más utilizados son los denominados -chain fragment variable (scFv), en los que sólo se encuentran unidas las partes variables de las dos cadenas (figura 1) 1,9,10. Sin embargo, se utilizan otros tantos formatos, como pequeños y extraños fragmentos de anticuerpo obtenidos de los camélidos, nanobody, entre otros 11.
Más allá del phage display
La tecnología phage display tiene ciertas limitaciones que pueden provocar el fracaso de algún anticuerpo seleccionado. Por un lado, al inicio del proceso se suele trabajar en los formatos scFv o Fab, que se producen en bacterias. Pero normalmente los anticuerpos se utilizan como IgG en la clínica; son los que se producen en las células de mamíferos. Por lo tanto, es necesario cambiar el formato y el modo de producción, que pueden ser perjudiciales para la estructura y las características de los anticuerpos.
Se ha propuesto la sustitución de fagos por organismos más complejos que puedan presentar las IgG completas, como las levaduras (yeast display). Sin embargo, en comparación con el phage display, el rendimiento del proceso es más bajo y las bibliotecas de anticuerpos son menos variadas 12. Otra opción puede ser el uso directo de células de mamíferos (mammalian display). Sin embargo, si bien es posible completar colecciones celulares que presenten IgG adecuadas, las actuales son pequeñas y el proceso para ello es muy costoso y difícil 12.
Por otro lado, en el phage display sólo se tiene en cuenta la capacidad de reconocer el antígeno a la hora de elegir anticuerpos, sin tener en cuenta otras características como la estabilidad 13. En los últimos años, se han creado muchas herramientas informáticas para predecir las características de los anticuerpos. Por lo tanto, pueden ayudar a elegir los anticuerpos más adecuados 14.
Por lo tanto, aunque los virus y las células cancerosas siempre han sido considerados enemigos, durante 40 años han sido colaboradores indispensables para encontrar nuevos anticuerpos.
Bibliografía
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2. Lu R.M. Et al. 2020. "Development of therapéutic antibodies for the treatment of diseases". J. Biomed. Sci. 27, 1.
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7. Zhang y. 2023. "Evolution of phage display libraries for therapéutic antibody discovery". MAbs 15, 2213793.
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11. Khodabakhsh F., Behdani M., Rami A. y 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 antibody development and beyond: current landscape, challenges, and future prospects". Front. Inmunol. 15, 1469329.
13. Kasana A., Kapoor K. y Verma V. 2025. "From Phage Surface to Bedside: Development of Therapéutic Monoclonal Antibodies using Phage Display". Curr. Pharmacol. Rep. 11, 54.
14. J. Zheng, Y Wang, Liang Q Cui L. y Wang L. 2024. "The Application of Machine Learning on Antibody Discovery and Optimization". Molecules 29 5923.
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