Nya små antikroppar visar lovande effekt mot covid-19-infektion
Forskare vid Karolinska Institutet har i samarbete med forskare i Tyskland och USA, utvecklat nya små antikroppar, nano-antikroppar, som hindrar coronaviruset sars-cov-2 från att ta sig in i mänskliga celler. Studien, som publiceras i tidskriften Science, visar att en kombinerad nano-antikropp gav särskilt bra effekt – även om viruset muterade. Enligt forskarna har nano-antikropparna potential att utvecklas till en behandling mot covid-19.
På ytan av coronaviruset sars-cov-2 finns så kallade spikproteiner som hjälper viruset att infektera värdceller. Antikroppar som blockerar spikproteinerna och hindrar dem från att binda till cellen är därför ett sätt att stoppa infektionen.
Men ur ett läkemedelsperspektiv kan små fragment av antikroppar, så kallade nano-antikroppar, vara ett bättre alternativ än vanliga antikroppar. Eftersom nano-antikroppar är betydligt mindre kan de binda in till viruset på fler ställen än vanliga antikroppar. De är också stabilare och lättare att producera kostnadseffektivt i stor skala.
Sars-cov-2-infektion
I den ansedda tidskriften Science publicerar nu forskare vid Karolinska Institutet, i samarbete med forskare vid Bonns universitet i Tyskland och Scripps Research Institute i USA, en studie som beskriver nya nano-antikroppar mot sars-cov-2-infektion.
– Det som är speciellt här är att vi har byggt ihop nano-antikroppar som binder till två olika ställen på virusets spikprotein. Kombinationsvarianten binder in bättre än enskilda nano-antikroppar och blockerar väldigt effektivt virusets förmåga att spridas mellan mänskliga celler i provrörsförsök, säger Martin Hällberg, forskare vid institutionen för cell- och molekylärbiologi vid Karolinska Institutet och en av studiens korresponderande författare.
Den kombinerade nano-antikroppen fungerade dessutom även när den testades på en virusvariant som muterar extremt snabbt.
– Det betyder att risken är liten att viruset skulle bli resistent mot den här nano-antikroppen, säger Martin Hällberg.
För att framställa nano-antikropparna vaccinerades alpackor och lamor – djur vars immunförsvar naturligt producerar både antikroppar och nano-antikroppar – med coronavirusets spikprotein. Bland de nano-antikroppar som djuren bildade valde forskarna ut dem som band till proteinet. Av dem identifierade de fyra stycken som visade sig kunna blockera virusets förmåga att sprida sig bland mänskliga odlade celler.
Antikroppar oskadliggör virus
Forskargruppen vid Karolinska institutet använde därefter så kallad kryoelektronmikroskopi för att i detalj studera hur de olika nano-antikropparna binder till virusets spikprotein. Tack vare den strukturella kunskapen kunde de föreslå lämpliga proteinlänkar för att binda samman olika nano-antikroppar till intressanta kombinationer, samt ge en möjlig förklaring till mekanismen för hur antikropparna oskadliggör viruset.
– Min ”favorit” är nano-antikroppen från lama. Den binder direkt över ytan där viruset binder cellreceptorn ACE2, och nano-antikroppen delar dessutom en stor majoritet av de för bindningen kritiska aminosyrorna med ACE2. Det gör att viruset kommer att ha extremt svårt att mutera extensivt i den ytan och samtidigt kunna binda ACE2. En variant där den här lamaantikroppen sitter ihop med en av antikropparna från alpacka var en rävsax som viruset aldrig lyckades ta sig ur i våra försök, säger Martin Hällberg.
Forskarna hoppas nu att deras nano-antikroppar ska kunna utvecklas till en läkemedelsbehandling som komplement till vaccinering mot covid-19.
– Den skulle kunna användas kliniskt för redan sjuka, eller förebyggande av personer som av någon anledning inte kan vaccineras, eller som har ett nedsatt immunförsvar och därför kanske inte bildar ett tillräckligt starkt immunsvar efter en vaccinering, säger Martin Hällberg.
Vidare studier väntar
Företaget Dioscure Therapeutics, ett avknoppningsföretag från Universitetet i Bonn, kommer att testa nano-antikropparna vidare i kliniska studier. Forskarna vid Karolinska Institutet ska försöka att förbättra inbindningen ytterligare genom att ändra enskilda byggstenar i nano-antikropparna.
Forskningen har finansierats med stöd från Vetenskapsrådet och Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, samt av forskningsfinansiärer från Tyskland och USA.
Forskarna bakom studien har lämnat in patentansökningar kopplade till nano-antikropparna. Två av forskarna är också medgrundare till och aktieägare i företaget Dioscure Therapeutics, som kommersialiserar antikropparna. Två av forskarna har kopplingar som medgrundare, konsult och aktieägare i företaget IFM Therapeutics.
Publikation
”Structure-guided multivalent nanobodies block SARS-CoV-2 infection and suppress mutational escape”, Paul-Albert König, Hrishikesh Das, Hejun Liu, Beate M. Kümmerer, Florian N. Gohr, Lea-Marie Jenster, Yonas M. Tesfamariam, Lisa D.J. Schiffelers, Miki Uchima, Jennifer D. Wuerth, Karl Gatterdam, Natalia Ruetalo, Maria H. Christensen, Caroline I. Fandrey, Sabine Normann, Steffen Pritzl, Jan M. P. Tödtmann, Leo Hanke, Jannik Boos, Meng Yuan, Xueyong Zhu, Jonathan Leo Schmid-Burgk, Hiroki Kato, Michael Schindler, Ian A. Wilson, Matthias Geyer, Kerstin U. Ludwig, B. Martin Hällberg, Nicholas C. Wu och Florian I. Schmidt, Science, online 12 januari 2021, doi: 10.1126/science.abe6230.