دانشمندان قدرت مبارزه با ویروس را با پلت فرم نانو جسم مصنوعی باز می کنند

در مطالعه اخیر منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، محققان یک پلتفرم کاملا مصنوعی برای تولید نانوجسم توسعه دادند.

مطالعه: پلت فرم کاملا مصنوعی برای تولید سریع ایمونوگلوبولین های چهار ظرفیتی مبتنی بر نانو بادی دو گونه ای. اعتبار تصویر: Adao / Shutterstock.com

نانو اجسام چیست؟

بیولوژیک ها به طور فزاینده ای برای درمان یا پیشگیری از بیماری های ویروسی استفاده می شوند. یکی از چالش‌های استفاده از آنتی‌بادی‌ها، ظهور بالقوه گونه‌های ویروسی مقاوم است، که نمونه‌ای از انواع سندرم تنفسی حاد ویروس کرونا 2 (SARS-CoV-2) است که به طور کامل یا تا حدی به آنتی‌بادی‌های درمانی مقاوم بودند.

نانو اجسام اهداف را از طریق یک متغیر سنگین تشخیص می دهند (V_HH) دامنه. نانوبادی ها می توانند اپی توپ های غیرقابل دسترس برای آنتی بادی های حجیم را که به نور متغیر نیاز دارند (V_L) و سنگین (V_اچ) دامنه هایی برای تشکیل پاراتوپ. نانو اجسام معمولاً با ایمن سازی شترها به دست می آیند. با این حال، پلت فرم های مصنوعی مبتنی بر مخمر و فاژ نیز برای استفاده استفاده شده است از نو کشف.

مونومر V_HH قدرت خنثی کننده متوسطی را نشان می دهد. با این حال، قرار دادن هترو یا همنو-نانوبادی در پشت سر هم می تواند قدرت آنها را افزایش دهد. در حالی که ارزش ترکیبات نانوجسمی به خوبی شناخته شده است، انتخاب نانوبادی های کاندید به اطلاعات ساختاری پیشینی یا غربالگری سازه ها برای ترکیبات هم افزایی نیاز دارد.

یافته های مطالعه

در مطالعه حاضر، محققان یک کتابخانه نانوجسمی مبتنی بر انسان را با استفاده از SARS-CoV-2 به عنوان آنتی ژن آزمایشی توسعه داده و تأیید می‌کنند. برای این منظور، آنها یک V مصنوعی ایجاد کردند_HH داربست با ترکیب جهش در V_اچ 3-23 ژن زنجیره سنگین انسان. DNA کد کننده نانو جسم به یک وکتور نمایش سطح مخمر تبدیل شد.

نانو اجسام به خوبی روی سطح نمایش داده شدند و حدود 67 درصد از کتابخانه نمایش سطحی را نشان می داد. سپس کتابخانه با استفاده از دامنه اتصال گیرنده (RBD) پروتئین اسپایک SARS-CoV-2 به عنوان آنتی ژن آزمایشی تأیید شد. این کتابخانه برای بایندرهای RBD در سه دور مرتب‌سازی سلول‌های فعال شده با مغناطیسی (MACS) و پنج دور مرتب‌سازی سلولی فعال شده با فلورسانس (FACS) غربال شد.

توالی سنجی سانگر از کلون ها از دور نهایی FACS غنی سازی کتابخانه بالایی را نشان داد که منجر به بازیابی چهار کلون منحصر به فرد شد. این کلون‌ها به‌عنوان نانوبادی‌های دارای برچسب His به تنهایی یا مرتبط با قطعه انسانی قابل تبلور بیان شدند (F_سیدامنه برای تولید پروتئین همجوشی نانوجسمی. سنجش ایمونوسوربنت متصل به آنزیم (ELISA) اتصال RBD چهار نانوبادی را تأیید کرد.

اف_جنانوبادی های ذوب شده در یک سنجش خنثی کننده شبه ویروس SARS-CoV-2 مورد ارزیابی قرار گرفتند. نانو جسم LM18 شبه ویروس را با غلظت مهاری نیمه حداکثر خنثی کرد (IC₅₀) از 66 نانومتر.

پس از آن، تعداد نانوبادی های غنی شده و اپی توپ های RBD هدف آنها تعیین شد. سنجش رقابت مخمری برای ارزیابی ویژگی اپی توپ با استفاده از سه آنتی بادی SARS-CoV-2، از جمله CR3022 (کلاس 4)، CC12.1 (کلاس 1) و CC6.30 (کلاس 2) استفاده شد.

کتابخانه با RBD برچسب گذاری شد و با یکی از سه آنتی بادی انکوبه شد. جمعیت رقابتی و غیررقابتی طبقه بندی شدند.

پس از فیلتر کردن، محققان 123 نانوبادی منحصر به فرد را شناسایی کردند و سطل های اپی توپ اختصاص دادند. از این تعداد، 100 نانوبادی اتصال رقابتی با یکی از آنتی‌بادی‌ها را نشان دادند، در حالی که 13 نانوبادی غیررقابتی بودند.

شش نانوبادی با CC6.30 و CR3022 رقابت کردند، در حالی که چهار نانوبادی باقی مانده با هر سه آنتی بادی رقابت کردند. به طور کلی، 45 نانو بادی برای اعتبار سنجی بیشتر انتخاب شدند. از این تعداد، بیست و چهار نانوبادی به کلاس 4، اپی توپ رقابتی CR3022 (Nb-C4)، و 21 نانو بادی به اپی توپ رقابتی کلاس 2، CC6.30 (Nb-C2) متصل شدند.

در مرحله بعد، این تیم تولید ایمونوگلوبولین های چهار ظرفیتی مبتنی بر نانو بادی دو گونه ای (bsNb) را هدف قرار داد.₄-Igs) با جایگزینی V_L و V_اچ دامنه هایی با دو نانوبادی که اپی توپ های RBD مجزا را هدف قرار می دهند. نانو اجسام به وزن ثابت 1 (C_اچ1) و نور (C_L) دامنه ها. ساختارهای دو گونه ای بر اساس نانو جسم LM18 با توجه به وسعت خنثی سازی آن بودند.

LM18 با CC12.1 و CR3022 رقابت کرد اما نه با CC6.30، بنابراین نشان می‌دهد که نانوبادی‌های کلاس 2، که فقط با CC6.30 رقابت می‌کنند، می‌توانند درگیری دوپاراتوپیک RBD را با LM18 نشان دهند. نویسندگان حدس زدند که نانوبادی‌های کلاس 4، که فقط با CR3022 رقابت می‌کنند، ممکن است بتوانند همزمان با LM18 درگیر شوند.

نانو بادی‌ها با پروفایل‌های جداسازی اندازه و اتصال خاص RBD و تک پراکندگی به bsNb قالب‌بندی شدند.₄Ig با LM18 به عنوان زنجیره سبک و کلاس 2/4 nanobody به عنوان زنجیره سنگین. سیزده مورد از 23 Nb-C4/LM18 bsNb₄-Igs و 16 مورد از 20 Nb-C2/LM18 bsNb4-Igs 10 تا 470 برابر خنثی سازی بهتری نسبت به LM18-F داشتند._ج ساختار فیوژن

ده قوی ترین bs-Nb₄-Igs برای خنثی سازی شبه ویروس های SARS-CoV-2 مورد ارزیابی قرار گرفت. در ابتدا، سازه‌های دو گونه‌ای برای خنثی‌سازی یک شبه ویروس با جهش‌های نقطه‌ای L452R و E484Q غربالگری شدند. هفت ساختار دو گونه‌ای این جهش‌یافته‌ها را خنثی کردند و بیشتر در برابر شبه ویروس‌های بتا، گاما، کاپا و دلتا آزمایش شدند.

چندین Nb-C4/LM18 bsNb₄-Igs تمام شبه ویروس های مختلف را با غلظت مهاری متوسط ​​50% خنثی کرد (IC₅₀) از 0.2 نانومولار (nM). علاوه بر این، bsNb مختلف₄-Igs با بلوک های ساختمانی کلاس 2 و 4 آزمایش شدند.

نوع Omicron در برابر LM18 و تمام ساختارهای دوگانه با این نانو جسم مقاوم بود. با این حال، bsNb₄-Igs با Nb-C4 در یک بازو و Nb-C2-136 در سمت دیگر، نوع Omicron را خنثی کرد.

نتیجه گیری

این پلتفرم مصنوعی جدید امکان ادغام نانوبادی‌های منفرد را در یک داربست IgG مانند می‌دهد، با ساختارهای دوپاراتوپیک حاصل که خنثی‌سازی معادل آنتی‌بادی‌های متعارف را نشان می‌دهند. علاوه بر این، این رویکرد بلوغ میل بیشتر هر بلوک ساختمانی را قادر می‌سازد و در نتیجه قدرت را افزایش می‌دهد. این گردش کار تقریباً برای هر هدف پروتئینی اعمال می‌شود و طرحی برای توسعه مولکول‌های چند اختصاصی ارائه می‌کند.