Små syntetiskt framställda antikroppar har i labbförsök blockerat coronavirus från att ta sig in i mänskliga celler. För att få fram nano-antikropparna vaccinerade forskarna alpackor och lamor med coronavirusets spikprotein. En viss kombination av antikroppar har visat sig effektiv även när viruset muterat.
På ytan av coronaviruset sars-cov-2 finns så kallade spikproteiner som hjälper viruset att infektera värdceller. Antikroppar som blockerar spikproteinerna och hindrar dem från att binda till cellen är därför ett sätt att stoppa infektionen.
Men ur ett läkemedelsperspektiv kan små fragment av antikroppar, så kallade nano-antikroppar, vara ett bättre alternativ än vanliga antikroppar. Eftersom nano-antikroppar är betydligt mindre kan de binda in till viruset på fler ställen än vanliga antikroppar. De är också stabilare och lättare att producera kostnadseffektivt i stor skala.
De nya nano-antikropparna har potential att utvecklas till en behandling mot covid-19, enligt forskarna vid Karolinska Institutet som i samarbete med kolleger vid Bonns universitet i Tyskland och Scripps Research Institute i USA, står bakom utvecklingen.
Sars-cov-2-infektion
I en nyligen publicerad studie beskriver forskarna de nya nano-antikroppar mot sars-cov-2-infektion.
– Kombinationsvarianten binder in bättre än enskilda nano-antikroppar och blockerar väldigt effektivt virusets förmåga att spridas mellan mänskliga celler i provrörsförsök, säger Martin Hällberg, forskare vid institutionen för cell- och molekylärbiologi vid Karolinska Institutet.
Den kombinerade nano-antikroppen fungerade dessutom även när den testades på en virusvariant som muterar extremt snabbt.
– Det betyder att risken är liten att viruset skulle bli resistent mot den här nano-antikroppen, säger Martin Hällberg.
För att framställa nano-antikropparna vaccinerades alpackor och lamor – djur vars immunförsvar naturligt producerar både antikroppar och nano-antikroppar – med coronavirusets spikprotein. Bland de nano-antikroppar som djuren bildade valde forskarna ut dem som band till proteinet. Av dem identifierade de fyra stycken som visade sig kunna blockera virusets förmåga att sprida sig bland mänskliga odlade celler.
Antikroppar oskadliggör virus
Forskargruppen vid Karolinska institutet använde därefter så kallad kryoelektronmikroskopi för att i detalj studera hur de olika nano-antikropparna binder till virusets spikprotein. Tack vare den strukturella kunskapen kunde de föreslå lämpliga proteinlänkar för att binda samman olika nano-antikroppar till intressanta kombinationer, samt ge en möjlig förklaring till mekanismen för hur antikropparna oskadliggör viruset.
– Min ”favorit” är nano-antikroppen från lama. Den binder direkt över ytan där viruset binder cellreceptorn ACE2, och nano-antikroppen delar dessutom en stor majoritet av de för bindningen kritiska aminosyrorna med ACE2. Det gör att viruset kommer att ha extremt svårt att mutera extensivt i den ytan och samtidigt kunna binda ACE2. En variant där den här lamaantikroppen sitter ihop med en av antikropparna från alpacka var en rävsax som viruset aldrig lyckades ta sig ur i våra försök, säger Martin Hällberg.
Jakten på effektiva nano-antikroppar
Nano-antikroppar är fragment av antikroppar som förekommer naturligt i kameldjur och kan anpassas för användning i människor. En forskargrupp vid institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi vid Karolinska Institutet injicerade i februari 2020 en alpacka med det ytprotein som det nya coronaviruset använder för att infektera våra celler – spikproteinerna. Efter 60 dagar visade alpackans blodprover ett starkt immunsvar mot ytproteinet.
”Därefter klonade, berikade och analyserade forskarna olika antikroppssekvenser från alpackans B-celler, en typ av vita blodkroppar, för att komma fram till vilka av dessa som var bäst lämpade att gå vidare med. I september hade de identifierat en nano-antikropp, Ty1, döpt efter alpackan Tyson, som effektivt neutraliserar viruset genom att fästa sig på den del av ytproteinet som binder till receptorn ACE2, som viruset använder för att ta sig in i cellen. Detta blockerar viruset från att komma in i cellen och förhindrar därmed infektion”, skrev KI Nyheter 4 september 2020.
Forskarna hoppas nu att deras nano-antikroppar ska kunna utvecklas till en läkemedelsbehandling som komplement till vaccinering mot covid-19.
– Den skulle kunna användas kliniskt för redan sjuka, eller förebyggande av personer som av någon anledning inte kan vaccineras, eller som har ett nedsatt immunförsvar och därför kanske inte bildar ett tillräckligt starkt immunsvar efter en vaccinering, säger Martin Hällberg.
Vidare studier väntar
Ett avknoppningsföretag från Universitetet i Bonn, kommer nu att testa nano-antikropparna vidare i kliniska studier. Forskarna vid Karolinska Institutet ska försöka att förbättra inbindningen ytterligare genom att ändra enskilda byggstenar i nano-antikropparna.
Forskarna bakom studien har lämnat in patentansökningar kopplade till nano-antikropparna. Två av forskarna är också medgrundare till och aktieägare i företaget Dioscure Therapeutics, som kommersialiserar antikropparna. Två av forskarna har kopplingar som medgrundare, konsult och aktieägare i företaget IFM Therapeutics.
Vetenskaplig artikel:
Structure-guided multivalent nanobodies block SARS-CoV-2 infection and suppress mutational escape, Paul-Albert König, Hrishikesh Das, Hejun Liu, Beate M. Kümmerer, Florian N. Gohr, Lea-Marie Jenster, Yonas M. Tesfamariam, Lisa D.J. Schiffelers, Miki Uchima, Jennifer D. Wuerth, Karl Gatterdam, Natalia Ruetalo, Maria H. Christensen, Caroline I. Fandrey, Sabine Normann, Steffen Pritzl, Jan M. P. Tödtmann, Leo Hanke, Jannik Boos, Meng Yuan, Xueyong Zhu, Jonathan Leo Schmid-Burgk, Hiroki Kato, Michael Schindler, Ian A. Wilson, Matthias Geyer, Kerstin U. Ludwig, B. Martin Hällberg, Nicholas C. Wu and Florian I. Schmidt, Science.
Kontakt:
Martin Hällberg, forskare vid Institutionen för cell- och molekylärbiologi, Karolinska Institutet, martin.hallberg@ki.se
