Neutraliserende antilichamen voor opkomende virussen

Onderzoekers van Sandia hebben een platform gecreëerd voor het ontdekken, ontwerpen en ontwikkelen van nieuwe antilichaammaatregelen tegen opkomende virussen. Dit nieuwe proces van screening op nanobodies die het virus “neutraliseren” of uitschakelen, vertegenwoordigt een snellere, effectievere benadering voor het ontwikkelen van nanobody-therapieën die virale infectie voorkomen of behandelen.

Traditioneel gebruikt voor de behandeling van een verscheidenheid aan aandoeningen, waaronder kanker en auto-immuun- en ontstekingsziekten, zijn nanobodies kleinere componenten van conventionele antilichamen – een essentieel onderdeel van het immuunsysteem van het lichaam dat zich verdedigt tegen ziekteverwekkende virussen of bacteriën.

Na het screenen van een grote, diverse bibliotheek van synthetische nanobodies, identificeerden en evalueerden Sandia-onderzoekers verschillende krachtige nanobodies die kunnen beschermen tegen COVID-19. De wetenschappers willen deze methode nu repliceren om zich te verdedigen tegen huidige en toekomstige biologische bedreigingen.

“De pandemie van het coronavirus heeft de noodzaak duidelijk gemaakt van een breed scala aan preventieve en therapeutische strategieën om ziekten die verband houden met nieuwe virussen te beheersen”, zegt Craig Tewell, directeur van Sandia’s Chemical, Biological, Radiological and Nuclear Defense and Energy Technologies Center.

Met een rijke geschiedenis van biodefensie-onderzoek helpt Sandia de natie en de wereld te beschermen tegen bedreigingen van bioterrorisme en natuurlijk voorkomende ziekten, zei Craig.

“Met een diep begrip van hoe infectieziekten zich ontwikkelen en verspreiden, en hoe het immuunsysteem zich verdedigt tegen infecties,” zei Craig, “verkeren onze onderzoekers in een unieke positie om de creatie van een breed scala aan ziektebestrijdingsmiddelen te bevorderen, inclusief nanobodies.”

Viroloog Brooke Harmon leidt Sandia’s nanobody-onderzoek, een nieuw en groeiend gebied van biowetenschap.

“Vaccins zijn erg goed in het voorkomen van infecties, maar het kan lang duren voordat ze zijn ontwikkeld en het regelgevingsproces doorlopen,” zei Brooke. “We zagen een cruciale behoefte om effectieve therapieën te creëren die snel kunnen worden ontwikkeld en ingezet.”

Zodra de eiwitsequentie, of genetische codering, van een virus is geïdentificeerd, hebben Sandia-onderzoekers aangetoond dat ze binnen 90 dagen een op nanobody gebaseerde tegenmaatregel kunnen produceren. De methode is nog niet op mensen getest. Het versnellen van de ontdekking van neutraliserende antilichamen zou de impact van toekomstige virale uitbraken kunnen verminderen.

“In de huidige praktijk vertrouwen virologen op de bloedmonsters van patiënten om een ​​antilichaambibliotheek op te bouwen die we vervolgens kunnen screenen op mogelijke behandelingen. Dit betekent dat we moeten wachten, hetzij tot mensen geïnfecteerd raken of tot degenen die zijn gevaccineerd om een ​​immuunrespons op te bouwen. ’, zei Brooke. “Sandia’s nieuwe methode is meer vooruitstrevend. Omdat we al een zeer diverse, gepatenteerde bibliotheek hebben gebouwd, kunnen we beginnen met screenen op extreem krachtige neutraliserende nanobodies zodra de genetische codering van een virus is geïdentificeerd.”

Diverse eigenschappen van Nanobodies

Het neutraliseren van nanobodies is een aantrekkelijke strategie, zei Brooke, vanwege hun vermogen om effectief te werken tegen een hele familie van virussen of varianten.

“We kunnen profiteren van het feit dat virusfamilies de neiging hebben om op dezelfde manier met de immuunrespons om te gaan,” zei Brooke. “Hierdoor zijn onze behandelingen snel aanpasbaar aan alle varianten van een virus.”

Nanobodies zijn modulair, wat betekent dat ze kunnen worden gecombineerd met andere nanobodies om hun vermogen om zich aan het virus te binden of om specifieke weefsels aan te pakken, te vergroten. Nanobodies kunnen ook worden geproduceerd als kleinere versies van conventionele antilichamen met het vermogen om de immuunrespons aan te gaan.

Bovendien kunnen ze, vanwege de kleine omvang van de nanobodies, in het bloed worden afgegeven en weefsels grondiger binnendringen dan conventionele antilichamen. Nanobody-therapieën kunnen zich ook rechtstreeks richten op een infectieplaats, waardoor de benodigde dosis wordt verlaagd en de werkzaamheid wordt verhoogd.

Nanobodies kunnen ook via aerosol worden toegediend, zodat ze oraal of inhaleerbare vorm aan een patiënt kunnen worden gegeven. Conventionele antilichaambehandelingen zijn minder veelzijdig en mogen alleen via injectie worden toegediend.

“Al deze eigenschappen en kenmerken van nanobodies maken nanobody-therapieën effectiever dan de huidige oplossingen. Deze behandelingen zijn ook gemakkelijker en goedkoper te produceren,” zei Brooke, “waardoor Sandia’s methode voor het ontwikkelen en karakteriseren van nieuwe neutraliserende antilichamen een onschatbare aanvulling is op de toolset voor het bestrijden van de COVID-19-pandemie en toekomstige gezondheidscrises.”