Los anticuerpos multivalentes muestran una alta potencia contra el SARS-CoV-2 en un nuevo estudio


Desde el comienzo de la pandemia de enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19) inducida por el coronavirus 2 (SARS-CoV-2), síndrome respiratorio agudo severo, se están buscando antivirales eficaces y seguros con una urgencia cada vez mayor. Una vía prometedora ha sido el uso de anticuerpos monoclonales (mAb) como palivizumab o REGN-EB3, para la prevención y el tratamiento del virus sincitial respiratorio o del virus del Ébola, respectivamente.

También contra el virus actual, bamlanivimab fue el primer mAb en recibir la aprobación de uso de emergencia por parte de la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA).

Ahora se sabe que los mAb dirigidos contra el dominio de unión al receptor (RBD) son más eficaces para neutralizar el virus ya que interrumpen la unión del receptor al virus y, por tanto, previenen la infección. Sin embargo, es costoso y lento identificar el clon de anticuerpo más eficaz, mientras que las nuevas cepas emergentes a menudo dificultan la neutralización.

Estudio: La multivalencia transforma los anticuerpos del SARS-CoV-2 en neutralizadores ultrapotentes.  Haber de imagen: Juan Gaertner / Shutterstock

Un nuevo estudio en la revista Comunicaciones de la naturaleza describe el proceso de convertir un anticuerpo en una forma multivalente, lo que le permite unirse en varios puntos diferentes con su sitio de unión en el antígeno, también conocido como su epítopo.

Esto aumenta la avidez del anticuerpo, o la afinidad de unión global, por el epítopo y mejora su potencia de neutralización.

La avidez determina la capacidad neutralizante

Los investigadores utilizaron un protómero de apoferritina humana como andamio de anticuerpos, en el que se podrían unir múltiples fragmentos de anticuerpos como multímeros. Llamada Multacuerpo, esta molécula tiene una potencia superior en cuatro órdenes de magnitud en comparación con los anticuerpos de inmunoglobulina G (IgG) en términos de neutralización del SARS-CoV-2.

La elección de la apoferritina humana se debe a que su cadena ligera tiene la propiedad de autoensamblaje. Esto permite que los protómeros de apoferritina plegados formen una estructura multimérica similar a una nanojaula octaédrica simétrica. El extremo nitrogenado de cada protómero apunta hacia afuera para que pueda fusionarse fácilmente con 24 proteínas idénticas de interés.

El dominio variable monocatenario VHH-72 del anticuerpo, que se une al sitio antigénico del virus, puede fusionarse con el fragmento cristalizable (Fc) del anticuerpo para adquirir capacidad neutralizante. Sin embargo, carece de la capacidad de neutralizar el virus como entidad monovalente. Cuando se muestra en 24 copias en la cadena ligera de la apoferritina humana, VHH-72 mostró una potencia neutralizante 10.000 veces mayor en comparación con el formato bivalente fusionado con Fc. Esto muestra el papel de la avidez en la determinación de la capacidad neutralizante.

Aumento de la similitud con las IgG

La vida media y las funciones efectoras de la molécula de IgG están mediadas por la unión del Fc con el receptor Fc neonatal (FcRn) y los receptores Fc gamma (FcγR), respectivamente. Al crear las construcciones Fab y Fc de cadena única, los investigadores las fusionaron con los extremos N terminales de la cadena ligera de apoferritina.

Un experimento similar realizado en ratones mostró que la molécula de Multacuerpo puede unirse a FcRn de ratón a pH ácido, como la IgG de ratón natural, con mayor unión a FcγR1 de ratón debido a su mayor afinidad con respecto a la IgG natural. Al reducir la unión de FcγR del anticuerpo multimérico, pudieron aumentar la vida media, lo que confirma que la porción Fc está implicada en la biodisponibilidad de la molécula in vivo.

Aumento del número de Fab para una mejor neutralización

La ingeniería de proteínas se llevó a cabo para aumentar el número de fragmentos Fab monocatenarios en el multímero, mejorando así aún más su potencia de neutralización. Los científicos buscaron construir un heterodímero de la molécula de apoferritina fusionada.

Para hacer esto, el Fab monocatenario se unió a las dos hélices α C-terminales del protómero de apoferritina (llamado C-ferritina, en resumen). Mientras tanto, el Fc monocatenario estaba unido a las hélices α N-terminales (N-Ferritina).

El resultado final fue un multímero de apoferritina autoensamblado que tenía aún más Fab monocatenario pero menos Fc monocatenario en su exterior. Esto permite que el Multabody se purifique en un solo paso similar a IgG, pero con una potencia de neutralización 1,600 y 2,000 veces mayor en comparación con los mAbs naturales anti-SARS-CoV-2 IgG BD23 y 4A8.

Conversión de mAbs no neutralizantes en neutralizantes

Los investigadores encontraron que los mAbs de unión aumentaron en potencia hasta cuatro órdenes de magnitud en 18 de 20 casos cuando se convirtieron al formato Multabody. De estos, 11 fueron inicialmente no neutralizantes pero se volvieron neutralizantes en este formato, y siete se volvieron potentes anticuerpos neutralizantes en pseudovirus ensayos de neutralización.

De hecho, eran comparativamente potentes a los mAbs REGN10933 y REGN10987 de Regeneron aprobados, lo que indica su aplicabilidad clínica. En el caso de los mAb neutralizantes más potentes, también se confirmó que el formato Multabody confiere una capacidad neutralizante igualmente potente contra el virus auténtico.

En general, esta plataforma permite la formulación rápida de moléculas neutralizantes ultrapotentes similares a IgG a partir de mAbs con una potencia de neutralización limitada. Este aumento en la potencia se debe a su avidez mejorada, vinculada al hecho de que los Multabodies se dirigen a dos epítopos principales en el dominio de unión al receptor (RBD) del pico de SARS-CoV-2.

Prevención del escape mutacional

En segundo lugar, los investigadores encontraron que cuatro anticuerpos específicos, cuando se convertían al formato Multabody, seguían mostrando una alta potencia neutralizante incluso en presencia de cualquiera de las cuatro mutaciones RBD de origen natural. Una combinación de tres Multacuerpos, cada uno con una especificidad diferente, neutralizó todas las variantes de picos con una potencia similar al pico de tipo salvaje. La potencia global fue 100-1000 veces mayor que para las IgG correspondientes en combinación.

Aún más, pudieron combinar fragmentos de unión a anticuerpos (Fab) con tres especificidades diferentes en un solo formato de Multabody, lo que resultó en el mismo alto nivel de neutralización. La combinación de los tres anticuerpos 298-324-46 fue la más potente, incluso superior a la de las IgG más potentes que se han identificado hasta ahora en uno o dos órdenes de magnitud contra pseudovirus y contra el SARS-CoV-2 auténtico. .

Este Multacuerpo tri-específico incluso pudo neutralizar la variante B.1.351 preocupante del SARS-CoV-2, que hasta ahora ha mostrado resistencia a varios mAbs. Además, la capacidad de usar mAbs de diferente especificidad en un solo Multabody puede permitir el ajuste fino de la combinación para lograr la mayor avidez y neutralización sinérgica. De hecho, algún día puede ser posible producir una sola partícula multimérica con capacidad neutralizante de pan-betacoronavirus.

¿Cuáles son las implicaciones?

Los Multacuerpos están formados por partículas estables de autoensamblaje que se forman a temperaturas similares a las IgG parentales. Estos cuerpos también hacen uso de un fragmento Fc, mejorando su biodisponibilidad al permitirles unirse a FcRn. Este aspecto necesitará mayor consideración durante el desarrollo adicional de fármacos para garantizar una avidez óptima.

Alternativamente, se pueden usar otros grupos funcionales para extender la vida media si no se requieren otras funciones efectoras de anticuerpos, tales como albúmina de suero humano.

Las ventajas de esta plataforma incluyen la capacidad de incluir cualquier anticuerpo, independientemente de la secuencia, formato o epítopo, incluso utilizando múltiples Fabs dirigidos a diferentes contenedores de epítopos en el proteína de pico. La capacidad de utilizar dominios VHH es especialmente valiosa ya que son pequeños y, por tanto, muy eficaces en la neutralización.

Esta plataforma, por lo tanto, muestra cómo la ingeniería de proteínas que mejora la avidez puede ayudar a acortar el tiempo para el desarrollo de poderosos biológicos neutralizantes contra las amenazas virales.

Los investigadores escriben:

El Multabody ofrece una plataforma versátil “plug-and-play” similar a la IgG para mejorar las características antivirales de los mAbs contra el SARS-CoV-2, y demuestra el poder de la avidez como mecanismo que se puede aprovechar contra los patógenos virales.. “

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