Ein innovativer Ansatz öffnet die Tür zu COVID-Nanokörpertherapien

COVID ist noch nicht unter Kontrolle. Trotz einer Vielzahl von Impfstoffen, monoklonalen Antikörpern und Virostatika mutiert das Virus weiterhin und entzieht sich uns. Eine Lösung, die Wissenschaftler seit den Anfängen der Pandemie untersucht haben, könnte in Form von winzigen Antikörpern aus Lamas vorliegen, die auf verschiedene Teile des SARS-CoV-2-Spike-Proteins abzielen.

In einer neuen Studie im Zeitschrift für Biologische Chemiebeschreiben Forscher einen kostengünstigeren Weg, um diese sogenannten Nanobodies zu isolieren und zu identifizieren. Die Ergebnisse werden es Wissenschaftlern auf der ganzen Welt erleichtern, sich an der Entdeckung von Nanokörpern zu versuchen, die auf SARS-CoV-2 oder andere Viren abzielen.

„Unsere Methode ist unkomplizierter und kostengünstiger als bestehende Techniken“, sagt Michael P. Rout von Rockefeller. „Du brauchst ein Lama, aber das – zusammen mit all den kompliziertesten Teilen des Prozesses – kann ausgelagert werden.“

Die Autoren haben diese optimierte Methode bereits verwendet, um mehrere Nanokörper zu identifizieren, die anscheinend gegen Schlüsselvarianten des Virus, einschließlich Omicron, wirken. „COVID wird eindeutig für einige Zeit ein Problem sein“, sagt Rout. „Wir zeigen, dass viele der Nanobodies, die wir mit dieser Methode identifiziert haben, auf besorgniserregende Varianten abzielen, sodass sie ein echtes therapeutisches Potenzial haben.“

Nanobody-Neuheit

Nanobodies können dort funktionieren, wo größere Antikörper versagen, teilweise aufgrund ihrer kompakten Größe. Studien haben gezeigt, dass Nanokörper sich in Teile des SARS-CoV-2-Virus hineinquetschen können, die größere Antikörper nicht erreichen können. Nanobodies haben auch eine ungewöhnlich lange Haltbarkeit, kosten sehr wenig in der Massenproduktion und könnten aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen Eigenschaften theoretisch inhaliert werden.

Kameliden wie Lamas produzieren auf natürliche Weise Nanokörper, wenn sie einem Virus ausgesetzt sind, und Rout und Kollegen haben enorme Bibliotheken vielversprechender SARS-CoV-2-Nanokörper entwickelt, indem sie Lamas eine kleine Dosis COVID-Protein verabreicht haben (die als Reaktion Nanokörper produzieren, ähnlich wie Menschen sie produzieren Antikörper als Reaktion auf einen Impfstoff). Nachdem sie den Lamas kleine Blutproben entnommen und die Nanokörper-DNA sequenziert haben, übertragen die Wissenschaftler später Schlüsselgene auf Bakterien, die wiederum viele weitere Nanokörper für die Laboranalyse produzieren.

Aber das Screening dieser Nanobody-Bibliotheken, um zu sehen, wie gut sie funktionieren (und gegen welche Varianten sie wirken), kann zeitaufwändig und teuer sein. Rout und Kollegen verlassen sich seit langem auf die „Massenspektrometrie“-Technik, die außerordentlich gut funktioniert, aber erhebliches Fachwissen und teure Geräte erfordert. Sie fragten sich, ob eine kürzlich entdeckte „Hefe-Display-Methode“, die potenziell weitaus kostengünstiger und einfacher wäre, auch ihre Nanokörper-Bibliothek effektiv sortieren könnte.

Rout begann in Zusammenarbeit mit Fred Cross von Rockefeller zunächst mit der Optimierung der Hefe-Display-Methode. (Die beiden Laborleiter unternahmen den ungewöhnlichen Schritt, den Großteil der Laborarbeit selbst durchzuführen). Anschließend verwendeten sie ihre optimierte Methode, um eine Bibliothek von Nanokörpern zu screenen, die sie zuvor mit der Massenspektrometrietechnik gescreent hatten. Sie fanden heraus, dass ihre Version der Hefe-Display-Methode nicht nur viele der gleichen Nanobody-Kandidaten wie der andere Ansatz identifizierte, sondern auch zahlreiche andere Kandidaten identifizierte, die sie übersehen hatten.

„Die Methode ist nicht unsere“, stellt Cross klar. „Aber wir haben es einfacher gemacht.“

Auf dem Weg zur Nanobody-Therapie

Das relativ einfache und kostengünstige Verfahren, das in dem Papier beschrieben wird, könnte Labors in ressourcenarmen Gebieten in die Lage versetzen, Nanokörper gegen SARS-CoV-2 sowie andere Viren zu erzeugen. „Ein Forscher auf der ganzen Welt mit relativ begrenzten Ressourcen könnte diese Technik anwenden“, sagt Rout. „Das Lama-bezogene Zeug könnte von FedEx aus Nordamerika stammen.“

Für COVID besteht das langfristige Ziel darin, dass Techniken wie diese die Messlatte für den Einstieg in die Nanokörperforschung senken und letztendlich Therapien hervorbringen, die Infektionen verhindern. „Wie wir das Therapeutikum herstellen würden, ist noch nicht bekannt“, sagt Cross. „Die Spezifität ist da und die Aktivität ist da, aber wir haben noch kein Medikament. Es wäre schön, wenn wir eines hätten. Hoffentlich eines Tages.“

Da COVID jetzt zu einer endemischen Krankheit übergeht, können neue Methoden zur Verhinderung der Infektion nicht früh genug kommen. „Neue Varianten breiten sich aus, indem sie dem Immunsystem ausweichen“, sagt Cross. „Es ist wichtig, einen schnellen Weg zu haben, um neue Nanokörper zu finden, die auf die Varianten abzielen.“