Investigadores desarrollan técnica que estabiliza anticuerpos

Esta técnica podría generar biosensores, terapéuticos para las enfermedades y reactivos diagnóstico y aplicaciones, mejores por fuera del laboratorio, incluyendo remediación ambiental.

Los anticuerpos son proteínas producidas por humanos y animales para defenderse contra las infecciones; también se usan para diagnosticar y tratar algunas enfermedades y detectar toxinas y patógenos, Los problemas primarios con los anticuerpos son su fragilidad, y su corta vida por fuera de los ambientes con temperaturas más bajas, controladas, haciendo que su utilidad esté usualmente limitada a las aplicaciones de laboratorio”, dijo el biofísico jefe, el Dr. Fred Stevens, el investigador líder del proyecto, del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía (Argonne, IL, EUA).

Específicamente, "los anticuerpos estabilizados con funcionalidad completa se podrían usar en estuches diagnósticos y de detección que pueden sobrevivir en ambientes menos óptimos y ser almacenados por años a la vez”, dijo el Dr. Stevens. "Se podrían usar para combatir enfermedades como el cáncer. También se pueden usar como la base para biosensores que pueden detectar continuamente patógenos, como el botulismo, la ricina y el ántrax, en sitios como los aeropuertos y estaciones del metro--sitios donde actualmente no es posible suministrar una detección continua de patógenos porque los anticuerpos no pueden resistir las condiciones ambientales”.

Argonne ha suministrado financiación para la investigación del Dr. Stevens. Las investigaciones anteriores financiadas por los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos (Bethesda, MD, EUA) revelaron que era posible estabilizar los anticuerpos después de que un equipo liderado por el Dr. Stevens descubrió, sin querer, que los anticuerpos naturales contienen reemplazos aminoácidos estabilizantes.

Los anticuerpos están compuestos por cuatro polipéptidos: dos cadenas livianas y dos cadenas pesadas. Estas cadenas están hechas de módulos conocidos como dominios constantes y variables. Las cadenas livianas y pesadas tienen cada una un dominio variable que se juntan para formar el sitio de unión con el antígeno. Debido a la gran diversidad de aminoácidos en los dominios variables, diferentes anticuerpos son capaces de interactuar con un número efectivamente ilimitado de blancos.

Algunas veces esta variabilidad tiene un precio; las cadenas livianas formadoras de amiloide eran menos estables que sus contrapartes normales. Sin embargo, aún las cadenas livianas formadoras de amiloide tienen sustituciones de aminoácidos que mejoran la estabilidad. Cuando siete de estas alteraciones de aminoácidos, fueron colocadas en un dominio variable formador de amiloide, se obtuvo una mejora de mil millones de veces en la estabilidad termodinámica reflejando una relación mucho más alta de dobleces de proteínas nativas a proteínas no dobladas--un determinante principal de la estabilidad de los anticuerpos.

"Nuestro trabajo, a este nivel tan detallado, nos ha enseñado que la estabilización de los anticuerpos es posible, pero teníamos que saber si los anticuerpos se podían estabilizar sin comprometer su función y hacerlo con una inversión experimental moderada”, dijo el Dr. Stevens. Los estudios recientes sugieren que estas metas son logrables potencialmente. Para mejorar proactivamente la estabilidad de un dominio variable de anticuerpos diferente, los investigadores de Argonne hicieron una lista corta de 11 cambios posibles en los aminoácidos. Cuatro de los cambios en los aminoácidos mejoraron la estabilidad de los anticuerpos y combinados en su dominio original suministraron una mejora de dos mil veces en la estabilidad.

Un experimento de seguimiento usando un fragmento de anticuerpos funcional logró mejorar la estabilidad de los anticuerpos comparablemente, sin pérdida de la funcionalidad de los mismos. Ambos experimentos requirieron aproximadamente un mes para ser realizados, en lugar del tiempo potencial abierto necesario para la mayoría de proyectos de estabilización de proteínas.

Hay una correlación entre la estabilidad termodinámica y la estabilidad térmica; la mejora en mil millones de veces en la estabilidad termodinámica mejoró la resistencia térmica de la proteína al calentamiento, produciendo una "temperatura de fusión” de aproximadamente 71°C. "Sin embargo, sigue sin contestar si es posible tener confianza sobre mejorar la estabilidad de cualquier anticuerpos generado contra un blanco particular”, dijo el Dr. Stevens. "Nuestra investigación indica que la estabilización de los anticuerpos es posible. Proyectamos que será posible generar los datos para guiar la estabilización de cada anticuerpo en el futuro cercano”.

La Oficina de Transferencia de Tecnología de Argonne está buscando activamente participación de la industria para licenciar y financiar desarrollos futuros de esta tecnología. El primer laboratorio nacional de los Estados Unidos, Argonne, realiza investigaciones básicas y aplicadas, de punta, en virtualmente cualquier disciplina científica.

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Argonne National Laboratory