Наноантитела – маленькие молекулы, большие возможности!

Представители семейства верблюдовых (верблюды, ламы, альпаки и викуньи) поражают не только своей анатомией, физиологией и миловидным внешним видом. В 1993 году исследователи из Бельгии обнаружили в крови верблюдов антитела, состоящие только из тяжелых цепей (HcAb, heavy-chain antibody)¹. При дальнейшем их изучении было выяснено, что за узнавание антигена отвечает лишь один домен этих антител – участок VHH. Причём, при отделении от остальной части молекулы, VHH сохраняют свою специфичность, чувствительность и прочие параметры, что делает их самыми маленькими антителами, или наноантителами².

Рис. 1. Сравнение строения моноклонального антитела, антитела верблюда HcAb и наноантитела.

Свойства наноантител

Как понятно из названия, этот вид антител обладает очень маленьким размером: 2,5 нм в диаметре и 4 нм длиной, а их вес достигает всего 12 – 15 кДа. Также, оказалось, что наноантитела очень стабильны и могут храниться при комнатной температуре, не деградировать неделями при 37°C, и даже выдерживать нагрев до 60 – 80°C! Более того, они стабильны в широком диапазоне pH (от 3.0 до 9.0) и в химических веществах вызывающих денатурацию белков^3,4.

Применение наноантител

Невероятные свойства антител открывают для исследователей не менее невероятные возможности во многих областях, особенно в иммунотерапии и диагностике. Ведь их размер позволяет им связываться с недоступными для обычных антител областями, а учёным намного проще проводить с ними различные молекулярно-биологические и генно-инженерные исследования⁵.

Визуализация

Наноантитела могут быть сшиты с флуоресцентными белками и использоваться как маркёры отдельных молекул для различных технологий визуализации в высоком разрешении⁶. Их компактный размер также позволяет наблюдать за живыми клетками⁷. 

Доставка

Наноантитела можно использовать в качестве доставщиков лекарств при таргетной терапии, причём к антителу добавляют мицеллы или липосомы, внутри которых содержится лекарственное вещество⁸. 

Изучение белок-белковых взаимодействий in vivo

Благодаря небольшому размеру наноантитела не оказывают большого влияния на белки, с которыми связываются, что позволяет их использовать для изучения белок-белковых взаимодействий в живых клетках⁹. 

Диагностика рака

Малые размеры и высокая специфичность наноантител позволяет использовать их для маркировки раковых клеток, что позволяет диагностировать опухоль на самом раннем этапе¹⁰.

Наноантитела в терапии воспалительных и аутоиммунных заболеваний

Перспективное направление в терапии воспалительных заболеваний является использование иммуноцитокинов. Широко известны противовоспалительные свойства некоторых цитокинов, однако свойственная им токсичность затрудняет их применение. Конъюгирование менее активных форм цитокинов с наноантителами решает эту проблему. 

Другой подход в терапии воспалительных заболеваний – это регулирование функций Т-клеток. Например, было получено мультивалентное наноантитело, которое селективно связывается с ионным каналом Kv1.3 (potassium voltage-gated channel), являющимся ключевым в активации Т-клеток¹¹.

Проблемы использования наноантител и их решение

Но несмотря на все преимущества этих маленьких молекул, у них есть и некоторые недостатки. Например, они достаточно быстро выводятся их организма, что безусловно хорошо, в случае нежелательной реакции на них, но эта особенность может быть ограничением для диагностической и терапевтической эффективности¹². 

Также наноантитела из верблюда должны быть гуманизированными для терапевтических применений, так же как и не должны иметь никаких тэгов (гистидиновых или других) для избежания неблагоприятных иммунных реакций. 

Поэтому компания GenScript разработала различные кроличьи антитела к наноантителам VHH, и теперь нет необходимости добавлять тэг непосредственно к VHH. В каталоге GenScript есть три группы таких продуктов: MonoRab™ Rabbit Anti-Camelid VHH антитела к наноантителам верблюда, ламы или альпаки, MonoRab™ Rabbit Anti-Humanized VHH антитела к гуманизированным наноантителам, а также смесь MonoRab™ Rabbit Anti-Camelid VHH антител. В каждой группе есть антитела с различными тэгами, подобрать идеальный вариант для своей работы вам поможет гайд ниже:

Если вам требуется помощь с подбором антител или другие вопросы по клеточной терапии, обращайтесь на почту help@skygen.com.

Для заказа антител или другой продукции пишите на sales@skygen.com.

Литература

1. Hamers-Casterman C, Atarhouch T, Muyldermans S, Robinson G, Hamers C, Songa EB, Bendahman N, Hamers R. Naturally occurring antibodies devoid of light chains. Nature. 1993 Jun 3;363(6428):446-8. doi: 10.1038/363446a0. PMID: 8502296. 
2. Jovčevska I, Muyldermans S. The Therapeutic Potential of Nanobodies. BioDrugs. 2020 Feb;34(1):11-26. doi: 10.1007/s40259-019-00392-z. PMID: 31686399; PMCID: PMC6985073. 
3. Henry KA, MacKenzie CR. Antigen recognition by single-domain antibodies: structural latitudes and constraints. MAbs. 2018 Aug/Sep;10(6):815-826. doi: 10.1080/19420862.2018.1489633. Epub 2018 Aug 15. PMID: 29916758; PMCID: PMC6260137.
4. Ingram JR, Schmidt FI, Ploegh HL. Exploiting Nanobodies' Singular Traits. Annu Rev Immunol. 2018 Apr 26;36:695-715. doi: 10.1146/annurev-immunol-042617-053327. Epub 2018 Feb 28. PMID: 29490163.
5. Pedreáñez A, Mosquera-Sulbarán J, Muñóz N, Tene D, Robalino J. Nanoantibodies: small molecules, big possibilities. BioTechnologia (Pozn). 2021 Sep 30;102(3):321-336. doi: 10.5114/bta.2021.108724. PMID: 36606147; PMCID: PMC9645571.
6. Sograte-Idrissi S, Oleksiievets N, Isbaner S, Eggert-Martinez M, Enderlein J, Tsukanov R, Opazo F. Nanobody Detection of Standard Fluorescent Proteins Enables Multi-Target DNA-PAINT with High Resolution and Minimal Displacement Errors. Cells. 2019 Jan 14;8(1):48. doi: 10.3390/cells8010048. PMID: 30646582; PMCID: PMC6357156.
7. Zolghadr K, Gregor J, Leonhardt H, Rothbauer U. Case study on live cell apoptosis-assay using lamin-chromobody cell-lines for high-content analysis. Methods Mol Biol. 2012;911:569-75. doi: 10.1007/978-1-61779-968-6_36. PMID: 22886277.
8. Oliveira S, Schiffelers RM, van der Veeken J, van der Meel R, Vongpromek R, van Bergen En Henegouwen PM, Storm G, Roovers RC. Downregulation of EGFR by a novel multivalent nanobody-liposome platform. J Control Release. 2010 Jul 14;145(2):165-75. doi: 10.1016/j.jconrel.2010.03.020. Epub 2010 Mar 31. PMID: 20362020.
9. De Meyer T, Muyldermans S, Depicker A. Nanobody-based products as research and diagnostic tools. Trends Biotechnol. 2014 May;32(5):263-70. doi: 10.1016/j.tibtech.2014.03.001. Epub 2014 Apr 1. PMID: 24698358. 
10. Behdani M, Zeinali S, Khanahmad H, Karimipour M, Asadzadeh N, Azadmanesh K, Khabiri A, Schoonooghe S, Habibi Anbouhi M, Hassanzadeh-Ghassabeh G, Muyldermans S. Generation and characterization of a functional Nanobody against the vascular endothelial growth factor receptor-2; angiogenesis cell receptor. Mol Immunol. 2012 Feb;50(1-2):35-41. doi: 10.1016/j.molimm.2011.11.013. Epub 2011 Dec 29. PMID: 22208996. 
11. Шаталова А. В., Якубова А. С., Палимпсестов В. В., Есмагамбетов И. Б. Наноантитела: строение, получение, применение. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2019; 8(1): 14–22.
12. Muyldermans S. Nanobodies: natural single-domain antibodies. Annu Rev Biochem. 2013;82:775-97. doi: 10.1146/annurev-biochem-063011-092449. Epub 2013 Mar 13. PMID: 23495938.