Un grupo de investigadores ha desarrollado un enfoque para producir de manera eficiente anticuerpos que pueden unirse a dos moléculas diana diferentes simultáneamente, una innovación anhelada desde hace mucho tiempo en el campo de la inmunoterapia contra el cáncer. Los detalles se publicarán en la edición del 1 de septiembre de la Revista de Química Biológica.
Los anticuerpos son proteínas producidas por el sistema inmunitario que se especializan en reconocer y unirse a objetivos moleculares exclusivos de bacterias, virus u otras células extrañas. Debido a que los anticuerpos son estables y duraderos en el cuerpo humano y pueden reconocer objetivos específicos con precisión, se han explotado para desarrollar nuevos tratamientos para enfermedades. Por ejemplo, los anticuerpos modificados se pueden usar para unirse a objetivos en células cancerosas, reclutando al sistema inmunológico para atacar el cáncer o evitando que las células cancerosas se multipliquen. Debido a su precisión y capacidad para estimular la respuesta inmunitaria del cuerpo, las terapias basadas en anticuerpos suelen tener menos efectos secundarios que la quimioterapia o la radiación.
Los anticuerpos tienen forma de «Y» y normalmente se unen a un objetivo, o antígeno, a través de la punta de cada brazo de la «Y». En los anticuerpos producidos de forma natural, los dos brazos de un único anticuerpo suelen ser iguales y se unen al mismo objetivo. Un enfoque para aumentar la versatilidad de las terapias con anticuerpos es diseñar lo que se denominan anticuerpos biespecíficos, en los que cada brazo se une a una molécula diferente. Esto amplía el rango de para qué se pueden usar los anticuerpos. Por ejemplo, un anticuerpo biespecífico podría apuntar a un grupo de proteínas formado por múltiples tipos de proteínas, o podría unir dos moléculas o tipos de células diferentes.
Un fármaco similar a un anticuerpo biespecífico, el fármaco contra la leucemia blinatumomab, se encuentra actualmente en el mercado. Pero el desarrollo de más terapias basadas en anticuerpos biespecíficos se ha visto obstaculizado por desafíos técnicos. Por ejemplo, ciertos anticuerpos biespecíficos se desvían de la forma de Y estándar y tienden a ser menos estables que los anticuerpos convencionales, desmoronándose fácilmente. Además, ciertos formatos de anticuerpos biespecíficos tienden a ser difíciles de producir a escala industrial porque pueden requerir procesos de ingeniería especializados.
En experimentos publicados en JBC, un equipo supervisado por John de Kruif, director de tecnología de la compañía de investigación de etapa clínica Merus NV, diseñó anticuerpos biespecíficos mejorados al realizar algunos cambios clave en la estructura de los anticuerpos de inmunoglobulina G (IgG) humana natural, y demostró que podían fabricarse fácilmente. IgG es un anticuerpo bien estudiado y es el más abundante producido en el cuerpo humano.
«Hemos realizado, en una molécula de IgG completa, solo cuatro cambios para pasar de un anticuerpo monoespecífico normal a un anticuerpo biespecífico», dijo de Kruif. «Lo mejor es que se parece tanto a un anticuerpo normal que podemos producirlo bien y creemos que sabemos cómo se comportará».
Las cuatro mutaciones estaban en los componentes proteicos de la «cadena pesada» de los anticuerpos. Por lo general, dos cadenas pesadas idénticas se emparejan en cada anticuerpo. El desafío en la creación de anticuerpos biespecíficos fue inducir el emparejamiento de cadenas pesadas no idénticas, creando «brazos» capaces de unirse a diferentes antígenos, mientras se desalentaba el emparejamiento de los idénticos.
La idea del equipo era introducir aminoácidos con cargas opuestas a las dos cadenas pesadas diferentes, de modo que las cadenas pesadas idénticas se repelieran entre sí, mientras que las cadenas pesadas con carga positiva y negativa se atraerían. Para identificar las ubicaciones correctas en las que introducir estos cargos, utilizaron simulaciones computacionales utilizando un software de detección virtual seguido de una validación en el laboratorio.
«El uso del software de detección virtual proporcionó una línea de base», dijo Linda Kaldenberg-Hendriks de Merus, quien dirigió la prueba de los anticuerpos. «Identificamos buenos candidatos potenciales para las opciones de diseño en los conjuntos de cadenas pesadas, luego generamos las proteínas y las caracterizamos a fondo. Cuando vimos que se comportaban de la manera que queríamos, fue realmente satisfactorio».
El equipo también investigó la estructura molecular de los anticuerpos biespecíficos y confirmó que las mutaciones solo producían cambios muy sutiles en la «columna vertebral» de las cadenas pesadas, lo que podría explicar la estabilidad de estos anticuerpos biespecíficos.
«Un punto fuerte [of this study] fue combinar diferentes enfoques, las herramientas computacionales con la bioquímica y la biología estructural», dijo Camilla De Nardis de Merus y la Universidad de Utrecht, quien fue coautora principal del estudio.
Las proteínas que funcionaron se emparejaron para formar anticuerpos biespecíficos, con muy pocos o ningún anticuerpo monoespecífico en la mezcla. A continuación, el equipo los sometió a una batería de pruebas, confirmando que eran tan estables como los anticuerpos IgG normales y tenían propiedades farmacocinéticas similares.
Debido a que la producción y purificación de anticuerpos IgG es un proceso industrial bien establecido, el equipo podría simplemente proporcionar a los fabricantes las secuencias de proteínas modificadas con los cambios clave que permitieron que las proteínas formaran biespecíficos. «Creemos que podemos hacer prácticamente cualquier anticuerpo biespecífico que queramos», dijo Kaldenberg-Hendriks.
Los anticuerpos biespecíficos del equipo dirigidos a complejos de factores de crecimiento de células cancerosas se encuentran ahora en ensayos clínicos, y aún hay más en desarrollo preclínico. El equipo está entusiasmado con el potencial del formato versátil para adaptarse a diferentes tipos de terapias.
«Los anticuerpos son capaces de ser muy específicos y se pueden modificar y ajustar», dijo Kaldenberg-Hendriks. «Con los anticuerpos biespecíficos, creemos que podemos elegir las afinidades de ambos brazos y equilibrarlos para que pueda dirigirse más específicamente a los tumores y también reclutar otras células o moléculas para atacar las células tumorales sin muchos efectos secundarios. Realmente creemos que es la forma adelante.»
