Опубликовано : Окт 02, 2020

Одна небольшая часть человеческого антитела может работать как лекарство для профилактики и лечения COVID-19.

Одна небольшая часть человеческого антитела может работать как лекарство как для профилактики, так и для лечения COVID-19 Альфред Пасека/Библиотека научных фотографий» width=»800″ width=»800″ height=» 480 «/>
Это антитело принимает Y-образную форму. Плечи Y составляют часть антитела, которая связывается с мишенью. Предоставлено: Альфред Пасека/Библиотека научных фотографий.

Хотя вакцина могла бы стать оптимальным решением для сдерживания пандемии COVID-19 и предотвращения будущих пандемий, она не будет эффективна на 100%. Если это что-то вроде вакцины от гриппа, она, скорее всего, будет эффективнее чуть более 50%.

Важно понимать, что вакцина может защитить, но не лечить уже инфицированного человека. Напротив, лекарства, включая лабораторные антитела (Y-образные белки, которые могут помочь бороться с чужеродным веществом), могут одновременно защищать и лечить. Вот почему в настоящее время многие компании разрабатывают антитела для профилактики и лечения COVID-19. Врачи вводили пациентам эти антитела, которые немедленно распознавали и инактивировали вирус. Такая терапия позволит преодолеть отставание до тех пор, пока иммунная система пациента не сможет производить достаточное количество собственных антител; некоторые пациенты со слабой иммунной системой могут никогда не вырабатывать антитела для борьбы с вирусом.

Я инженер по антителам и специалист по инфекционным заболеваниям, заинтересованный в использовании самой маленькой части антитела, называемой доменом, в качестве терапевтического средства для новых вирусов, включая SARS-CoV-2. Домены сочетают в себе некоторые преимущества низкомолекулярных лекарств и больших стандартных молекул антител. Мои коллеги и я создали такую ​​антителоподобную молекулу, которая как блокирует, так и лечит инфекцию SARS-CoV-2 в исследованиях на животных, и теперь является многообещающим кандидатом на лекарство для испытаний на людях. Это исследование было опубликовано в журнале Cell.

Антитела как лекарства по сравнению с небольшими молекулами как лекарства

Антитела распознают вызывающий болезнь вирус и связываются с ним. Когда антитело прикрепляется к белку спайка SARS-CoV-2, спайк блокируется от его взаимодействия с замком и ключом с белком ACE2 на клетках человека. Мои коллеги и я пытаемся разработать молекулы лекарств, которые имитируют естественный ответ организма антител, блокируя спайковый белок от инфицирования клетки, репликации и причинения болезней.

Небольшие молекулы лекарства могут очень хорошо проникать в ткани и могут применяться в виде таблеток. Однако из-за своего размера эти небольшие молекулы не обладают высокой специфичностью и могут связываться со многими белками человека и вызывать побочные эффекты.

Одна небольшая часть человеческого антитела может работать как лекарство как для профилактики, так и для лечения COVID-19
Белки-шипы на внешней поверхности вируса позволяют вирусу SARS-CoV-2 инфицировать клетки человека. Кредит: Виктория Ильина/iStock/Getty Images Plus

Большие молекулы биологических лекарств, в том числе встречающиеся в природе антитела, напротив, не очень хорошо проникают в ткани. Лечение антителами также необходимо вводить внутривенно в кабинете врача. Преимущество заключается в высокой специфичности антител. Они не взаимодействуют с другими белками человека и редко вызывают побочные эффекты.

Задача состоит в сочетании специфичности больших нативных антител со специфичностью низкомолекулярных лекарств, которые могут проникать в ткани. Подход, который мы с коллегами тестируем, заключается в том, чтобы взять домен, который отвечает за специфическое связывание с мишенью, как вирус, и просто использовать эту часть антитела в качестве лекарства, чтобы блокировать спайковый белок вируса от заражения. клетки.

Как мы открываем новые терапевтические средства на основе антител?

В Центре терапии антителами Университета Питтсбурга мы разработали методологию, которая позволила нам обнаружить стабильные домены человеческих антител, которые могут связываться с большой силой и специфичностью с другими молекулами, включая вирусные белки.

Первым шагом было идентифицировать гены антител многих людей, а затем отделить те, которые кодируют только интересующие домены антител — так называемые «вариабельные домены». Затем мы с коллегами создали коллекцию, содержащую более 100 миллиардов доменов антител с разной специфичностью. Это означает, что у нас есть инструкции для более чем 100 миллиардов маленьких фрагментов антител, один из которых, как мы надеялись, будет прочно связываться со шиповым белком коронавируса.

С помощью процесса, называемого панорамированием (как в западных фильмах, где охотники за золотом используют кастрюли для отделения частиц золота от песка), всего за одну неделю мы отделили слабосвязанные или несвязывающие домены от тех, которые связаны с целью — в в данном случае — спайковый белок SARS-CoV-2.

Одна небольшая часть человеческого антитела может действовать как лекарство как для профилактики, так и для лечения COVID-19
Модель шипового белка SARS-CoV-2. Три красные области показывают область, занимаемую доменом антитела ab8. Предоставлено: Li W et al. Cell 2020, CC BY-SA

Поиск и тестирование доменов антител для лечения COVID-19

Используя в качестве приманки небольшую часть белка-шипа SARS-CoV-2, называемого рецептор-связывающим доменом, который является ключевым для связывания с человеческими клетками и их инфицирования, мы «выловили» нашу очень большую коллекцию доменов антител и идентифицировали тот, который мы называем ab8, который прочно и специфично связывается с белком шипа.

Чтобы увеличить силу связывания ab8 и гарантировать, что он остается в крови в течение длительного времени, мы добавили фрагмент антитела под названием Fc. Это увеличило размер молекулы, но все же она была меньше полноразмерного антитела.

Чем меньше антитело, тем больше шансов проникнуть в ткань. Домен антитела, размер которого составляет примерно одну десятую размера антитела, способен проникать в ткани и достигать областей, где вирус наносит значительный ущерб, например легких.

Прежде чем мы смогли определить, является ли ab8 эффективным лекарством, нам пришлось протестировать его против живого вируса SARS-CoV-2 на живых животных. Такие эксперименты можно проводить только в специальных помещениях, называемых лабораториями уровня биобезопасности 3.

Одна небольшая часть человеческого антитела может работать как лекарство как для профилактики, так и для лечения COVID-19
Подробное изображение, показывающее сайт, где белок ACE2 связывается со спайковым белком, что позволяет вирусу проникать в клетку. Молекула ab8 блокирует это взаимодействие и защищает клетку. Предоставлено: Li W et al. Cell 2020, CC BY-SA

Реализация ab8 из лаборатории

В конечном итоге я надеюсь, что этот крошечный домен антитела ab8 можно будет массово производить, а затем вводить людям либо для предотвращения заражения — путем связывания со шиповым белком вторгающегося коронавируса до того, как он заразит человеческую клетку, — либо для уменьшения тяжести COVID-19 когда-то заболели.

Наши сотрудники из Медицинского отделения Техасского университета в Галвестоне первыми показали, что ab8 обладает исключительной эффективностью в нейтрализации SARS-CoV-2 при тестировании на инфицированных клетках в лаборатории.

Наши сотрудники из Университета Северной Каролины подтвердили эти результаты, а затем показали, что даже крошечные количества ab8 — всего 50 микрограммов на мышь — значительно уменьшили распространение вируса в десять раз. (Один микрограмм равен одной миллионной грамма.) И при более высоких дозах вирус полностью блокировал заражение клеток.

Наши коллеги из Университета Саскачевана протестировали ab8 на более крупных животных: хомяках. Они заразили хомяков SARS-CoV-2, а затем ввели препарат. Ab8 значительно снизил вирусную нагрузку на хомяков.

Наконец, наши сотрудники из Университета Британской Колумбии использовали сложные методы на основе электронного микроскопа, чтобы визуализировать и понять, как именно ab8 нейтрализует и блокирует вирус. Изображения показали, что это происходит путем связывания точно с тем же местом на вирусном шипе-белке, которое используется для присоединения и проникновения в человеческую клетку. Это означает, что ab8 действует как рецептор-ловушка.

Я не могу переоценить совместный характер этого исследования, которое привело к открытию терапевтических и профилактических свойств ab8, что позволило предположить, что эта молекула также может быть высокоэффективной и безопасной для людей./p>

Spread the love

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *