Los científicos de Pitt desarrollan una técnica rápida y eficiente para descubrir pequeños fragmentos de anticuerpos



Aprovechando 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 de desarrollo en terapias contra enfermedades mortales.

La técnica, publicada hoy en la revista Sistemas celulares, es el mismo proceso que utilizó el equipo de Pitt para extraer diminutos fragmentos de anticuerpos del SARS-CoV-2 de las llamas, que podrían convertirse en un tratamiento de COVID-19 inhalable para humanos. Este enfoque tiene el potencial de identificar rápidamente múltiples nanocuerpos potentes que se dirigen a diferentes partes de un patógeno, variantes que frustran.

La mayoría de las vacunas y tratamientos contra el SARS-CoV-2 se dirigen a la proteína de pico, pero si esa parte del virus muta, que sabemos que es, esas vacunas y tratamientos pueden ser menos efectivos. Nuestro enfoque es una manera eficiente de desarrollar cócteles terapéuticos que consisten en múltiples nanocuerpos que pueden lanzar un ataque de múltiples frentes para neutralizar el patógeno “.

Yi Shi, Ph.D., autor principal, profesor asistente de biología celular, Universidad de Pittsburgh

Shi y su equipo se especializan en encontrar nanocuerpos, que son fragmentos pequeños y altamente específicos de anticuerpos producidos por llamas y otros camélidos. Los nanocuerpos son particularmente atractivos para el desarrollo en terapias porque son fáciles de producir y 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 una llama con una parte de un patógeno, el sistema inmunológico 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.

“Con esta nueva técnica, en cuestión de días, normalmente podemos identificar decenas de miles de nanocuerpos distintos y muy potentes del suero de llama inmunizado y examinarlos en busca de ciertas características, como dónde se unen al patógeno”, dijo Shi. dicho. “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 esos nanocuerpos que se unen específicamente al objetivo de interés del patógeno. Los nanocuerpos se descomponen para liberar pequeños péptidos de “huellas dactilares” que son únicos para 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 bloques de construcción de proteínas que determinan la estructura del nanocuerpo. Luego, a partir de los aminoácidos, los investigadores pueden trabajar hacia atrás hasta el ADN, las instrucciones para construir más nanocuerpos.

Simultáneamente, la secuencia de aminoácidos se carga en una computadora equipada con software de inteligencia artificial. Al examinar rápidamente montañas de datos, el programa “aprende” qué nanocuerpos se unen más estrechamente 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 los anticuerpos. El enfoque de Shi puede seleccionar sitios de unión en el pico que sean evolutivamente estables y, por lo tanto, es menos probable que permitan que se escapen nuevas variantes.

Finalmente, las instrucciones para construir los nanocuerpos más potentes y diversos se pueden introducir 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 el desarrollo de terapias contra COVID-19, o incluso la próxima pandemia.

“Los posibles usos de nanocuerpos muy potentes y específicos que se pueden identificar de forma rápida y económica son tremendos”, dijo Shi. “Estamos explorando su uso en el tratamiento del cáncer y las enfermedades neurodegenerativas. Nuestra técnica podría incluso utilizarse en la medicina personalizada, desarrollando tratamientos específicos para superbacterias mutadas para las que todos los demás antibióticos han fallado”.

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