Die Zukunft für Nanobodies als alternative Forschungswerkzeuge für Antikörper sieht gut aus

In der Natur sind Antikörper nützlich, um spezifische molekulare Ziele zu finden, zum Beispiel, um dem Immunsystem zu helfen, Krankheitsmikroben ausfindig zu machen und anzugreifen. Diese Eigenschaften machen sie auch für die biomedizinische Forschung nützlich. Nun könnten Nanobodies - winzige Cousins ??von Antikörpern - dank einer "robusten Pipeline" -Technik, die in einer neuen Studie berichtet wird, noch einfacher herzustellen und zu verwenden sein.
Als die Forscher Nanobodies in Zellen einführten, die so manipuliert wurden, dass sie eine markierte Version eines Proteins in Skelettfasern exprimieren, die als Tubulin (rot) bekannt ist, sperrten sich die Nanokörper an.
Bildnachweis: Die Rockefeller University

Wissenschaftler verwenden Antikörper als grundlegende Werkzeuge in der Human- und Tiergesundheit wie Forschung, Diagnostik und Behandlung. Um beispielsweise zu verstehen, wie normale Zellen funktionieren und wie sie sich von erkrankten Zellen unterscheiden, könnten Forscher Antikörper verwenden, um spezifische Proteine ??zu targetieren und zu identifizieren, die sich in bestimmten Entwicklungsstadien in den Zellen befinden.

Anhand der Ergebnisse solcher Tests können sie dann ein Modell erstellen, wie die Zelle funktioniert und was passiert, wenn sie krank wird. Dies ist eine wertvolle Information für die Entwicklung und Erprobung neuer Behandlungen für die Krankheit.

Nanobodies, die vor einigen Jahren erstmals in den einzigartigen Antikörpern von Kamelen und Lamas entdeckt wurden, bieten eine aufregende Alternative zu Antikörpern als biomedizinische Werkzeuge, da sie viel kleiner sind und eine höhere Affinität zu ihren molekularen Zielen aufweisen. Nanobodies haben etwa ein Zehntel des Gewichts von Antikörpern und sind stabil und leicht zu manipulieren.

Es ist jedoch nicht einfach, Repertoires von Nanobodies mit einer ausreichend hohen Affinität zu spezifischen Targets zu identifizieren - aktuelle Methoden erwiesen sich als zu zeitaufwendig und schwierig - und so verwenden viele Forscher weiterhin Antikörper.

Nun könnte sich das ändern, dank einer neuen Technik, die in Natur Methoden und geleitet von der Rockefeller University in New York, NY, als Co-Autor Michael Rout, Professor und Leiter des Rockefeller Laboratory of Cellular und Strukturbiologie, erklärt:

"Nanobodies haben ein enormes Potenzial als vielseitige und zugängliche Alternative zu herkömmlichen Antikörpern, aber unglücklicherweise stellen aktuelle Techniken einen Engpass dar, um die Nachfrage nach Nanokörpern zu decken. Wir hoffen, dass unser System hochaffine Nanobodies verfügbarer macht und viele neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet Sie."

Team isolierte Nanobodies aus hochaffinen Antikörpern, die in Lamas produziert wurden

Zuerst stellte das Team Antikörper mit hoher Affinität her, die genau auf ihre molekularen Ziele abgestimmt sind, und zielte darauf ab, zwei fluoreszierende Proteine ??zu finden: GFP und mCherry. Biologen verwenden diese fluoreszierenden Proteine, um die Aktivität in Zellen sichtbar zu machen.

Wie bei herkömmlichen Methoden zur Herstellung von Antikörpern verwendet ihre Technik zuerst Tiere. In diesem Fall begann das Team mit Lamas, von denen bekannt ist, dass sie Antikörper herstellen, die leicht modifiziert werden können, um Nanobodies herzustellen. Sie immunisierten die Lamas mit den zwei Proteinen, so dass ihr Immunsystem leicht die erforderlichen Antikörper produzierte.

Der nächste Schritt war entscheidend, um die Produktion von Nanobodies zu beschleunigen: Wie kann man den genetischen Code der hochaffinen Antikörper, die die größte Fähigkeit hatten, Proteine ??zu finden und an sie zu binden, schnell sequenzieren?

Es ist einfach Ingenieur-Bakterien, die Nanokörper in Massenproduktion zu produzieren

Co-Autor Brian Chait, Professor und Leiter des Rockefeller-Laboratoriums für Massenspektrometrie und Gasionenchemie, sagt:

"Bis jetzt war es eine Art heiligen Gral, diese hochaffinen Sequenzen zu erhalten. Sobald diese Sequenzen erhalten sind, ist es einfach, Bakterien zu entwickeln, um die Antikörper in Massenproduktion herzustellen."

Das Team begann mit der Erstellung von Sequenzdatenbanken aus RNA, die sie in den antikörperbildenden Zellen des Knochenmarks der immunisierten Lamas fanden. Dann wählten sie Blutproben aus den gleichen Lamas, wählten die Antikörper aus, die am stärksten an die Zielproteine ??gebunden waren, und schnitten sie chemisch in kleinere Abschnitte. Für die Herstellung der Nanokörper wurden nur die Abschnitte der Antikörper aufbewahrt, die fest an die Proteine ??gebunden waren.

Unter Verwendung von Massenspektrometrie und einem Computeralgorithmus, den sie "Lama-Magie" nannten, bestimmte das Team dann die Teilaminosäuresequenzen der Bausteine ??der Nanokörper und stimmte die höchstaffinen mit den ursprünglichen RNA-Sequenzen ab, die sie in den antikörperproduzierenden Zellen fanden .

Sie verwendeten dann die Antikörper-Zell-RNA-Sequenzen, die mit den Sequenzen der hochaffinen Nanobodies übereinstimmten, um Bakterien zur Massenproduktion der Nanokörper zu entwickeln.

Die neue Technik erzeugt ein viel größeres Repertoire an hochaffinen Nanobodies

Der nächste Schritt war, die neuen Nanokörper zu testen. Wissenschaftler verwenden oft Antikörper, um ein bestimmtes Teil in einer Zelle zu isolieren, damit sie es entfernen und seine Struktur studieren können. Das hat das Team mit ihren neuen Nanobodies gemacht. Sie reinigten verschiedene mit GFP oder mCherry markierte Zellstrukturen und visualisierten sie an Ort und Stelle.

Unter Verwendung ihrer neuen Technik erzeugte das Team 25 Arten von Nanobodies mit hoher Affinität für GFP und sechs für mCherry. Dies ist ein viel größeres Repertoire als diejenigen, die typischerweise mit herkömmlichen Methoden hergestellt werden.

Ein großes Repertoire ist wichtig, weil es Forschern mehr Möglichkeiten bietet: Sie können die besten Nanobodies auswählen, diejenigen eliminieren, die mit anderen Molekülen sowie den Zielmolekülen reagieren können, und sie können auch zwei aneinanderreihen und zwei Stellen auf demselben Zielmolekül angreifen .

Prof. Rout: "Angesichts der Tatsache, dass wir jetzt sehr schnell Suiten von hochaffinen Nanobodies identifizieren können, sieht die Zukunft für sie als Forschungsinstrumente, Diagnostik und Therapeutika gut aus."

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