Un camino barato y potente hacia la terapia pandémica
Yi Shi, Ph.D., opera su máquina de espectrometría de masas para analizar decenas de millones de nanocuerpos extraídos de la sangre de llama. Crédito: UPMC
Al capitalizar una convergencia de avances químicos, biológicos y de inteligencia artificial, los científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Pittsburgh han desarrollado un método inusualmente rápido y eficiente para descubrir pequeños fragmentos de anticuerpos con un gran potencial para convertirse en terapias contra enfermedades mortales. .
La técnica, publicada hoy en la revista Cell Systems, es el mismo proceso que utilizó el equipo de Pitt para extraer pequeños fragmentos de anticuerpos contra el SARS-CoV-2 de las llamas, que podrían convertirse en un tratamiento inhalable para el COVID-19 en humanos. Este enfoque tiene el potencial de identificar rápidamente múltiples nanocuerpos potentes que se dirigen a diferentes partes de un patógeno que frustra las variantes.
«La mayoría de las vacunas y tratamientos contra el SARS-CoV-2 se dirigen a la proteína de pico, pero si esa parte de el virus muta, y sabemos que lo es, esas vacunas y tratamientos pueden ser menos efectivos», dijo el autor principal Yi Shi, Ph.D., profesor asistente de biología celular en Pitt. «Nuestro enfoque es una forma eficiente de desarrollar cócteles terapéuticos que consisten en múltiples nanocuerpos que pueden lanzar un ataque multifacético para neutralizar el patógeno».
Shi y su equipo se especializan en encontrar nanocuerpos, que son pequeños fragmentos de anticuerpos altamente específicos. producido por llamas y otros camélidos. Los nanocuerpos son particularmente atractivos para el desarrollo terapéutico porque son fáciles de producir y de bioingeniería. Además, presentan una alta estabilidad y solubilidad, y se pueden aerosolizar e inhalar, en lugar de administrarse mediante infusión intravenosa, como los anticuerpos tradicionales.
Al inmunizar a una llama con una parte de un patógeno, el sistema inmunitario del animal produce una plétora de nanocuerpos maduros en aproximadamente dos meses. Entonces se trata de descubrir qué nanocuerpos son los mejores para neutralizar el patógeno y los más prometedores para el desarrollo de terapias para humanos.
Ahí es donde entra en juego la «estrategia de proteómica de alto rendimiento» de Shi.
A diversas colecciones de nanocuerpos simulados se unen a diferentes partes de un antígeno proteico. Crédito: Zhe Sang
«Usando esta nueva técnica, en cuestión de días normalmente podemos identificar decenas de miles de nanocuerpos distintos y altamente potentes del suero de llama inmunizado y examinarlos para determinar ciertas características, como dónde se unen al patógeno», dijo Shi. «Antes de este enfoque, ha sido extremadamente difícil identificar nanocuerpos de alta afinidad».
Después de extraer una muestra de sangre de llama rica en nanocuerpos maduros, los investigadores aíslan los nanocuerpos que se unen específicamente al objetivo de interés. sobre el patógeno. Luego, los nanocuerpos se descomponen para liberar pequeños péptidos de «huella digital» que son exclusivos de cada nanocuerpo. Estos péptidos de huellas dactilares se colocan en un espectrómetro de masas, que es una máquina que mide su masa. Al conocer su masa, los científicos pueden averiguar su secuencia de aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas que determinan la estructura del nanocuerpo. Luego, a partir de los aminoácidos, los investigadores pueden retroceder hasta el ADN para seguir las instrucciones para construir más nanocuerpos.
Simultáneamente, la secuencia de aminoácidos se carga en una computadora equipada con un software de inteligencia artificial. Al filtrar rápidamente montañas de datos, el programa «aprende» qué nanocuerpos se unen más al patógeno y en qué parte del patógeno se unen. En el caso de la mayoría de las terapias COVID-19 actualmente disponibles, esta es la proteína de pico, pero recientemente ha quedado claro que algunos sitios en el pico son propensos a mutaciones que cambian su forma y permiten el «escape» de anticuerpos. El enfoque de Shi puede seleccionar sitios de unión en el pico que son evolutivamente estables y, por lo tanto, es menos probable que permitan el paso de nuevas variantes.
Finalmente, las instrucciones para construir los nanocuerpos más potentes y diversos pueden alimentarse en tanques de células bacterianas, que actúan como mini fábricas, produciendo órdenes de magnitud más nanocuerpos en comparación con las células humanas necesarias para producir anticuerpos tradicionales. Las células bacterianas se duplican en 10 minutos, duplicando efectivamente los nanocuerpos con ellas, mientras que las células humanas tardan 24 horas en hacer lo mismo.
«Esto reduce drásticamente el costo de producir estas terapias», dijo Shi.
Shi y su equipo creen que su tecnología podría ser beneficiosa para algo más que desarrollar terapias contra el COVID-19 o incluso la próxima pandemia.
«Los posibles usos de nanocuerpos altamente potentes y específicos que se pueden identificar rápida y económicamente son tremendos», dijo Shi. «Estamos explorando su uso en el tratamiento del cáncer y las enfermedades neurodegenerativas. Nuestra técnica incluso podría usarse en medicina personalizada, desarrollando tratamientos específicos para superbacterias mutadas para las que todos los demás antibióticos han fallado».
Explorar más
Los nanocuerpos de llama podrían ser un arma poderosa contra el COVID-19 Más información: Cell Systems (2021). DOI: 10.1016/j.cels.2021.01.003 Información de la revista: Cell Systems
Proporcionado por la Universidad de Pittsburgh Cita: Vía barata y potente para la terapia pandémica (2021 , 15 de febrero) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-02-cheap-potent-pathway-pandemic-therapeutics.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.