Konstruerede nanobodies blokerer SARS-CoV-2 fra at inficere menneskelige celler

Forskere har designet et molekyle, der klæber tæt til coronavirus-spidsproteinet, forhindre virus i at inficere celler. Molekylet kan en dag blive brugt i et aerosoliseret lægemiddel til at behandle eller forebygge COVID-19.

I kapløbet om at finde lægemidler, der stopper den nye coronavirus, videnskabsmænd finder inspiration i usædvanlige kilder - som lamaer.

Et nyt laboratorie-konstrueret molekyle inaktiverer maskineriet, som coronavirus, SARS-CoV-2, bruges til at inficere celler. Det er modelleret efter det enkle, kompakte antistoffer fundet i nogle dyr, såsom lamaer, alpakaer, og kameler.

Mens undersøgelsen stadig er foreløbig, holdet bag fremrykningen håber, at deres molekyle en dag kan være nøgleingrediensen i et antiviralt lægemiddel, der kan leveres via næsespray.

"På kun tolv uger, vi har fundet et molekyle, der er et klinisk forspring, " siger Howard Hughes Medical Institutes efterforsker Peter Walter, en biokemiker ved University of California, San Francisco (UCSF), som var med til at lede arbejdet. Holdet beskrev fremrykningen 17. august, 2020, i et fortryk indsendt på bioRxiv.org.

Udover vacciner, lægemidler, der er rettet mod SARS-CoV-2, er vigtige værktøjer til at holde COVID-19-pandemien i skak. Forskere har identificeret eksisterende lægemidler, der kan bruges til at behandle symptomer på virussen og hjælpe med at dæmpe alvorlige infektioner. Men et lægemiddel, der er specielt designet til at angribe SARS-CoV-2, kan være mere effektivt til at stoppe virussen i dens spor, før den forårsager alvorlig sygdom, siger Walter. For at lave sådanne stoffer, han og andre designer tilpassede antistoffer.

Immunceller producerer antistoffer som reaktion på infektion, men det tager tid for den reaktion at udvikle sig. Laboratoriefremstillede antistoffer kan slå en virus ud, før den får fodfæste.

Det er her, lamaerne kommer ind. Alpakkaer og lamaer har en enklere version af de antistoffer, der findes hos mennesker - kun en tiendedel af størrelsen, med færre komponenter. Disse strippede antistoffer, kaldet "nanobodies, "er potentielt stærke lægemiddelbyggesten, siger Aashish Manglik, en proteiningeniør ved UCSF, der ledede undersøgelsen sammen med Walter. "På grund af deres unikke form kan de ofte passe dybt inde i sprækkerne af proteiner." De har tendens til at være mere stabile end almindelige antistoffer, også.

Mangliks laboratorium har udviklet store samlinger af disse syntetiske proteiner som en ressource til lægemiddelopdagelse. Da COVID-19-pandemien begyndte, disse samlinger var det perfekte sted at gå på jagt efter et molekyle, der kunne deaktivere SARS-CoV-2, siger Walter.

Michael Schoof, en kandidatstuderende i Walters laboratorium, begyndte at mine Mangliks nanobody-samlinger i massevis. Målet:At finde nanokroppe, der ville holde sig til coronavirus-spidsproteinet, nøglen på virussens overflade, der lader den snige sig ind i cellerne.

I en række laboratorieforsøg, han og hans kolleger slyngede en pulje af milliarder af forskellige nanobodies ned til et par dusin, der holdt sig stærkt til spidsproteinet. Derefter, de konstruerede den mest lovende kandidat, forbinder tre kopier af den samme nanobody sammen til en kæde.

Det tredelte molekyle kilede tæt mod virusspidsproteinet, fastgør det til en form, der forhindrede vedhæftning til menneskelige celler. Forskerne opdagede også, at molekylet er særligt robust. I reagensglasforsøg, en enkelt nanoperson faldt af spidsproteinet inden for få minutter. The team calculated that the three-piece version would be able to hold on for over a week without budging.

The work hasn't yet been peer-reviewed, but Walter and Manglik are currently looking for partners who can produce and test the molecule for safety and efficacy in clinical trials. They hope the molecule could someday soon work as an aerosolized drug that would get directly to patients' lungs.

Traditional antibody drugs are usually injected into the patient's bloodstream—most antibodies fall apart when aerosolized by a nebulizer or a nasal spray, Walter says. Preliminary tests suggest that the new nanobody-based molecule is far hardier. The nanobodies kept their shape and function when sprayed, and withstood being freeze-dried and heated, også.

Aerosolized delivery of a nanobody drug "is an exciting possibility, but it hasn't been demonstrated yet, " says Andrew Kruse, a biochemist at Harvard Medical School who has collaborated with Manglik's team to build nanobody collections but wasn't involved in the current study. "It would be very important to see how long an aerosol-delivered nanobody remains in the respiratory system, " han siger.