Færre forsøgsdyr takket være sekundære nanokroppe

Antistoffer er uundværlige i biologisk forskning og medicinsk diagnostik. Imidlertid, deres produktion er tidskrævende, dyrt, og kræver brug af mange dyr. Forskere ved Max Planck Instituttet for Biofysisk Kemi i Göttingen, Tyskland, har nu udviklet såkaldte sekundære nanostoffer, der kan erstatte de mest anvendte antistoffer og drastisk kan reducere antallet af dyr i antistofproduktion. Dette er muligt, fordi de sekundære nanostoffer kan produceres i stor skala af bakterier. I øvrigt, de sekundære nanobodies udkonkurrerer deres traditionelle antistof-modstykker i centrale cellebiologiske applikationer.

Som en central del af vores immunsystem, antistoffer beskytter os mennesker og andre hvirveldyr mod patogener. De er, imidlertid, også væsentlige værktøjer inden for medicinsk diagnostik, terapi, og grundforskning - fx i fluorescensmikroskopi. Når forskere vil studere et bestemt protein i en celle, de kan markere det selektivt med antistoffer rettet mod dette protein. Når først disse såkaldte primære antistoffer har bundet deres mål, sekundære antistoffer påføres. Disse binder de primære antistoffer, bære fluorescerende farvestoffer, der lyser under mikroskopet, og dermed synliggøre proteinet af interesse.

Det store udvalg af primære antistoffer produceres traditionelt i små pattedyr som kaniner og mus:For det første, dyrene immuniseres med det rensede protein - det kan sammenlignes med at vaccinere mennesker. Som resultat, dyrenes immunsystem danner antistoffer mod proteinet. Antistofferne opsamles endelig fra dyrenes blod, og bearbejdet. Da antistoffer bruges af tusindvis af laboratorier verden over, og fordi de fleste af deres anvendelser er afhængige af sekundære antistoffer, sidstnævnte er i enorm efterspørgsel. Derfor, produktionen af ​​sekundære antistoffer nødvendiggør ikke kun mange, men også store dyr som æsler, geder, eller får. Dette udgør et etisk problem.

Sekundære nanostoffer kan produceres i bakterier

Forskere ved Max Planck Institute for Biophysical Chemistry præsenterer nu et bæredygtigt alternativ, der kan erstatte sekundære antistoffer rettet mod primære fra mus eller kaniner. Den er afhængig af såkaldte nanobodies og kan drastisk reducere antallet af dyr, der bruges til antistofproduktion. Nanobodies er fragmenter af specielle antistoffer fra kameler og beslægtede arter såsom alpakaer. "Vi har udviklet sekundære nanobodies, der ikke kun yder meget godt, men også, de kan fremstilles mikrobiologisk i enhver skala - ligesom øl i en gærer, " forklarer Dirk Görlich, Direktør ved Max Planck Instituttet i Göttingen og leder af projektet.

"Sekundære antistoffer skal opfylde ekstremt strenge kvalitetskrav og må kun påvise primære antistoffer af en enkelt art og ingen strukturer i de analyserede celler eller medicinske prøver. problemet var at få byggeplaner for virkelig perfekte sekundære nanobodies. Vi startede med et stort antal varianter, som vi udtog fra en lille mængde blod fra to immuniserede alpacaer. Ved såkaldt fag-visning, så fiskede vi de bedste varianter frem og brugte dem til sidst til at programmere bakterier til nanobody-produktion, " forklarer Tino Pleiner, første forfatter til værket.

Nanobodies blev første gang beskrevet i 1993 af en belgisk banebrydende gruppe af videnskabsmænd. Siden da, forskere forsøger at udnytte dem til deres arbejde i laboratoriet. Imidlertid, at erstatte sekundære antistoffer med nanobodies viste sig slet ikke at være trivielt. En grund er nanobodernes størrelse:De er ti gange mindre end normale antistoffer. Derfor, de giver meget mindre plads til at koble fluorescerende molekyler og fremstår derfor langt mere svagt i mikroskopet end konventionelle antistoffer.

"Ja, vores første eksperimenter med sekundære nanobodies var temmelig skuffende og producerede kun mørke og støjende billeder. Imidlertid, vi gav ikke op, og immuniserede de to alpakkaer igen for at stimulere deres immunsystem til at forbedre de indledende nanostoffer. Yderligere udvikling i reagensglasset, en speciel koblingsstrategi for de fluorescerende farvestoffer, og at kombinere to eller flere kompatible nanobodies klarede resten, Görlich fortæller om indledende vanskeligheder. nanobodies matcher i det mindste konventionelle antistoffer med hensyn til signalstyrke.

Forbedret opløsning i lysmikroskopi

Nanobodies har klare fordele i forhold til sekundære antistoffer. "Super-opløsning fluorescensmikroskopi, for eksempel, kan optisk løse cellulære strukturer i intervallet nogle få nanometer. Imidlertid, sådanne billeder bliver slørede, når der bruges primære og sekundære antistoffer, der hver allerede måler 15 nanometer. Brug af nanobodies med en størrelse på kun tre nanometer forbedrer faktisk opløsningen, " siger Pleiner.

"Vi har testet de sekundære nanobodies i andre applikationer udover mikroskopi, og resultaterne er meget lovende, " understreger Görlich. Især den nye produktionsvej i bakterier letter deres modifikation og fusion til andre reporterproteiner, for eksempel enzymer. "Vi forventer, at vores nanobodies i mange applikationer vil erstatte konventionelle sekundære antistoffer fra æsler, geder, eller får."