La investigación de anticuerpos podría impulsar las pruebas, terapias y vacunas contra el coronavirus

Imagen de microscopio electrónico de transmisión del primer caso de COVID-19 en EE. UU. Las partículas virales esféricas, de color azul, contienen secciones transversales del genoma viral, vistas como puntos negros. Crédito: Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades: Hannah A. Bullock y Azaibi Tamin

Usando componentes simulados de las proteínas espigas distintivas del coronavirus, investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, junto con colegas de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades con sede en Atlanta ( CDC), están produciendo anticuerpos que podrían conducir a mejores técnicas de prueba para el virus, tratamientos potenciales para las personas infectadas con él y, en última instancia, quizás, una vacuna que podría prevenir la infección por coronavirus por completo.

Los anticuerpos son producidos por ratones que se exponen a péptidos de cadenas cortas de aminoácidos producidos a partir del código genético del virus. Los investigadores eligen componentes distintivos de la superficie viral, crean las estructuras peptídicas en el laboratorio y las colocan en nanopartículas para crear inmunógenos artificiales diseñados para estimular el sistema inmunológico de los ratones.

Los anticuerpos se producen en colaboración con el Equipo de Desarrollo de Inmunodiagnóstico de los CDC, Rama de Apoyo de Diagnóstico de Reactivos, División de Recursos Científicos, Centro Nacional para Enfermedades Infecciosas Zoonóticas Emergentes. Los científicos de ambas instituciones están utilizando los anticuerpos para estudiar la unión de antígenos en el coronavirus. Hasta ahora, el trabajo ha producido cientos de nuevos anticuerpos contra la proteína pico del virus.

«Hacemos una serie de inmunizaciones con componentes de las proteínas del coronavirus que creemos que son particularmente importantes y que se pueden ver por el sistema inmunológico del ratón», dijo MG Finn, quien codirige el proyecto como presidente de la Escuela de Química y Bioquímica de Georgia Tech. «Las inmunizaciones y los refuerzos de seguimiento nos permiten proporcionar muestras de células del sistema inmunitario de los ratones. Los investigadores de los CDC las usan para generar miles de anticuerpos candidatos que luego usamos para probar la unión de los anticuerpos a partes del virus».

Georgia Tech no tiene muestras del coronavirus en sus laboratorios, sino que genera los componentes proteicos a partir de la información de secuenciación genética que fue desarrollada al principio de la pandemia por los científicos que aislaron el virus.

Uso de bacterias para combatir un virus

Los investigadores de Georgia Tech están utilizando una bacteria común para ayudarlos a desarrollar nuevas armas contra el coronavirus.

«Conocemos el genoma del virus y qué parte del genoma codifica las secuencias de aminoácidos que forman la proteína de punta», dijo Finn. «A partir de eso, podemos crear una pieza de ADN que incluya instrucciones para hacer esa proteína, pero adaptar esas instrucciones para que funcionen mejor en células bacterianas como E. coli que podemos cultivar en el laboratorio. Ponemos el ADN en la bacteria, se convierte en ARN, y las bacterias hacen tantas copias del componente de la proteína espiga como queramos. En nuestro caso, hacemos que esos componentes de la proteína se adhieran a la superficie exterior de una nanopartícula, donde el sistema inmunitario puede reconocerlos».

Luego se introducen las nanopartículas deseadas en los ratones. El sistema inmunitario de los roedores crea anticuerpos que pueden extraerse de las células B, un componente clave del sistema inmunitario animal. Los anticuerpos tardan alrededor de un mes en desarrollarse.

El trabajo comenzó en marzo y hasta ahora ha producido cientos de anticuerpos contra las proteínas del pico del virus. Se están realizando preparativos para expandir el trabajo utilizando sistemas robóticos y para explorar sitios en el virus donde los anticuerpos más potentes pueden adherirse.

El laboratorio de Finn había estado trabajando con los CDC en anticuerpos para otras enfermedades cuando el comenzó la pandemia de coronavirus. Los investigadores cambiaron de rumbo para apoyar a sus colaboradores de los CDC en el desafío de la COVID-19.

Los anticuerpos son claves para un sistema inmunitario complejo

Los anticuerpos son moléculas producidas por el sistema inmunitario en respuesta a un patógeno, como un virus, una bacteria u otro invasor. Hay diferentes tipos de anticuerpos; algunos sirven como centinelas que patrullan el torrente sanguíneo en busca de invasores. Otros evolucionan para atacar a invasores específicos, como virus, mientras que otro tipo mantiene un registro de los invasores que el cuerpo ha combatido en caso de que el atacante regrese. Otros anticuerpos pueden bloquear el intento de un patógeno de unirse a las células e infectarlas.

«La razón por la que te lleva unos días recuperarte de un resfriado», explicó, «es que el sistema inmunitario necesita unos días, cuando funciona bien, para activar el proceso evolutivo que genera anticuerpos que pueden unirse a un nuevo patógeno».

Los humanos nacen con ciertos anticuerpos que pueden unirse débilmente a la mayoría de los invasores. Pero para luchar contra un enemigo formidable, se deben crear anticuerpos más específicos que puedan adherirse con más fuerza al invasor. Para un nuevo invasor como el coronavirus, hay una carrera contra el tiempo entre la velocidad de propagación de una infección y el desarrollo de una respuesta exitosa del cuerpo.

«El cuerpo realiza cambios en la estructura general de anticuerpos continuamente hasta que crea una molécula que es capaz de agarrarse a un patógeno invasor de tal manera que le indica al resto del cuerpo que ha encontrado algo que no pertenece», dijo Finn. Las señales del anticuerpo atraen a otras células del sistema inmunitario que matan al invasor al engullirlo o rociarlo con toxinas.

Cuando el sistema inmunitario está funcionando bien, es posible que la invasión de un virus ni siquiera produzca síntomas; el patógeno simplemente se eliminaría sin que nadie se diera cuenta.

No todos los anticuerpos son iguales

Las personas que se vacunan contra el sarampión o se recuperan del mismo a menudo tienen inmunidad de por vida contra el virus, lo que significa que nunca más se infectan. Eso requiere un sistema de anticuerpos que sea particularmente fuerte y duradero. Pero por alguna razón, el cuerpo no responde a todas las infecciones con tanta energía.

Los investigadores saben que el coronavirus genera anticuerpos, pero aún no saben qué significa eso realmente.

«Todavía no tenemos una respuesta sobre si, en general, la respuesta inmunitaria humana al coronavirus protege contra otra exposición a este virus», dijo Finn. «Es probable que la respuesta sea sí, pero la comunidad científica aún no lo ha probado.

Ciertamente se están realizando investigaciones para averiguarlo en modelos animales de todo el mundo, y con pacientes con COVID-19, analizando la sangre de aquellos que han sido infectados y recuperados».

Debido a que los humanos no han estado expuestos al coronavirus antes, sus sistemas inmunológicos no tienen experiencia con él. Si bien esa experiencia se aprende rápidamente, mientras tanto, los humanos están en desventaja en esa lucha. El virus también puede mutar, lo que significaría que los anticuerpos desarrollados a través de una exposición pueden no reconocer el virus la próxima vez que ataque.

«Algunos patógenos son muy difíciles de matar, difíciles de capturar para el sistema inmunitario». un mango», dijo Finn. «Existe una gran disparidad en la forma en que el sistema inmunitario maneja los virus a lo largo del tiempo o en diferentes niveles de exposición».

Un problema clave que afecta el resultado de una infección por coronavirus es el volumen de partículas de virus al que la persona está expuesta. Es probable que inhalar partículas del estornudo cercano de una persona infectada sea mucho más peligroso que tocar partículas de virus que esa misma persona haya dejado en una superficie quizás horas antes.

«La primera situación que debe prevenir con distanciamiento físico ; el segundo es más difícil de prevenir, pero también mucho menos peligroso porque la cantidad inicial de virus que recibe es muy importante».

Anticuerpos utilizados en las pruebas

La capacidad de un anticuerpo para vincularse con un invasor puede ser la base para las pruebas que pueden detectar rápidamente el coronavirus, por lo que un resultado de la colaboración entre Georgia Tech y los CDC podría ser pruebas mejoradas para determinar quién tiene COVID-19.

Muchas pruebas actuales usan un proceso llamado reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que detecta la presencia de ARN del virus en base a muestras tomadas de los hisopos nasales. Esas pruebas son bastante precisas, pero deben realizarse con equipos costosos y complejos.

Finn espera que la investigación de anticuerpos de Georgia Tech conduzca a una alternativa más rápida y económica. Los anticuerpos se unirían a las partículas virales y esa unión podría detectarse. Algunas pruebas de coronavirus ahora usan esa tecnología, pero se necesitan mejoras.

«Si tiene un anticuerpo que se une fuertemente al virus, entonces podría construir una prueba de tira de papel, en principio, eso sería ser como una prueba de embarazo», dijo Finn. «Con cierto grado de sensibilidad, una prueba de este tipo podría decir rápidamente si el virus está presente o no».

Debido a que el cuerpo produce anticuerpos en respuesta a una infección, la prueba de anticuerpos también es útil para identificar personas que pueden haberse recuperado del coronavirus. Esto sería útil para estudiar hasta dónde se ha propagado el virus y, potencialmente, para determinar quién podría tener inmunidad al virus. Estos análisis de anticuerpos difieren de las pruebas utilizadas para determinar si una persona está infectada activamente por el virus o no.

«Si la prueba se realiza correctamente e indica que tiene anticuerpos contra el nuevo coronavirus, entonces es garantizado que ha sido infectado, incluso si no tiene los síntomas clásicos», dijo Finn. «Pero no necesariamente sabemos lo que realmente está viendo una prueba de anticuerpos específica».

Después de permitir inicialmente la venta de muchas pruebas de anticuerpos diferentes, la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. (FDA) ahora requiere más pruebas de su eficacia, que se evalúa mediante dos medidas: sensibilidad y especificidad. La sensibilidad es la capacidad de la prueba para detectar cantidades muy pequeñas del virus, mientras que la especificidad es su capacidad para detectar el virus exacto de interés. A menudo hay compensaciones entre las dos medidas.

«La razón por la que es bueno que varios laboratorios trabajen en esto es que la producción de anticuerpos es un ejercicio aleatorio en muchos sentidos», dijo Finn. «Es la suerte del sorteo, por lo que cuantos más experimentos se realicen, más probable es que alguien encuentre el correcto».

Otro tipo de anticuerpo puede evitar que un virus se adhiera a una célula. . Dichos anticuerpos neutralizantes podrían proporcionar una terapia para ayudar a quienes ya están infectados. «Para alguien que está infectado, es posible que pueda administrar un anticuerpo y hacer que se una a sus células y elimine el virus», explicó Finn.

Un paso hacia las vacunas, el Santo Grial

Comprender los anticuerpos también puede proporcionar pistas para el desarrollo de vacunas, que normalmente tardan años en desarrollarse, probarse y producirse en cantidades lo suficientemente grandes como para proteger a miles de millones de personas vulnerables en todo el mundo. Muchas vacunas que inicialmente se muestran prometedoras no cumplen con los estrictos requisitos de seguridad y eficacia, razón por la cual tantas vacunas contra el coronavirus se encuentran actualmente en las primeras etapas de desarrollo.

Las buenas vacunas engañan al sistema inmunitario para que desarrolle una respuesta de anticuerpos contra cualquier patógeno contra el que esté diseñado para proteger. Las vacunas se han fabricado de diferentes maneras a lo largo del tiempo, a veces a partir de un patógeno muerto o inmovilizado, y otras veces a partir de un fragmento del patógeno. La primera vacuna del mundo, que ayudó a eliminar el flagelo de la viruela, fue poco más que una infección por un virus relacionado conocido como vaccinia.

«El desarrollo de vacunas es el mayor logro individual de la biomedicina en la era moderna para salvar la vida de las personas», dijo Finn. «En general, las vacunas son muy seguras porque se prueban rigurosamente. Debido a que se administran a personas sanas para mantenerlas saludables, hay que probarlas en muchas, muchas personas para asegurarse de que la vacuna sea bien tolerada».

Comprender los anticuerpos creados en respuesta al coronavirus podría identificar puntos débiles que podrían ser atacados por una vacuna. Es probable que haya muchos lugares de este tipo en la superficie viral donde los desarrolladores de vacunas podrían encontrar un objetivo.

«Sería fantástico si el trabajo que estamos haciendo con los anticuerpos pudiera ayudar a identificar una forma de atacar con éxito este virus», dijo Finn.

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