Cómo las alpacas ayudaron al desarrollo de nanoanticuerpos

Los camellos son especies relacionados con las alpacas y, de ahí su denominación de estas últimas, como camélidos sudamericanos.

Los investigadores de Max Planck buscaban desarrollar una alternativa sostenible a los anticuerpos más utilizados y, contribuir, además a su producción sin utilizar animales, con la finalidad de librarse de la polémica, disminuir el costo y acelerar su producción.

Los anticuerpos son indispensables en la investigación biológica y el diagnóstico médico. Estos científicos han desarrollado los llamados nanocuerpos secundarios que son capaces de reemplazar a los anticuerpos más utilizados y pueden reducir drásticamente el número de animales en la producción de anticuerpos. Esto es posible porque los nanocuerpos secundarios pueden ser producidos en gran escala por bacterias. Por otra parte, los nanoanticuerpos secundarios superan a sus equivalentes de anticuerpos tradicionales en aplicaciones biológicas claves.

Como parte central de nuestro sistema inmune, los anticuerpos protegen a los humanos y otros vertebrados contra los patógenos. Sin embargo, también son herramientas esenciales en el diagnóstico médico, la terapia y la investigación básica, por ejemplo, en microscopía de fluorescencia. Cuando los investigadores desean estudiar una determinada proteína dentro de una célula, pueden marcarla selectivamente con anticuerpos dirigidos hacia esta proteína. Una vez que estos llamados anticuerpos primarios se han unido a su objetivo, se aplican anticuerpos secundarios. Estos se unen a los anticuerpos primarios, llevan tintes fluorescentes que se iluminan bajo el microscopio y, por lo tanto, hacen que la proteína de interés sea visible.

La gran variedad de anticuerpos primarios se produce tradicionalmente en mamíferos pequeños como conejos y ratones: primero, los animales se inmunizan con la proteína purificada, esto es comparable a la vacunación de humanos. Como resultado, el sistema inmune de los animales forma anticuerpos contra la proteína. Los anticuerpos finalmente se recogen de la sangre de los animales y se procesan. Como los anticuerpos son utilizados por miles de laboratorios en todo el mundo y debido a que la mayoría de sus aplicaciones se basan en anticuerpos secundarios, estos últimos tienen una enorme demanda. Por lo tanto, la producción de anticuerpos secundarios requiere no solo muchos, sino también animales grandes como burros, cabras u ovejas. Esto plantea un problema ético.

Los investigadores del Instituto Max Planck de Química Biofísica presentaron una alternativa sostenible que puede reemplazar los anticuerpos secundarios dirigidos contra los primarios de ratones o conejos. Se basa en los llamados nanocuerpos y puede reducir drásticamente el número de animales utilizados para la producción de anticuerpos. Los nanocuerpos son fragmentos de anticuerpos especiales de camellos y especies relacionadas, como las alpacas. "Los anticuerpos secundarios tienen que cumplir con requisitos de calidad extremadamente estrictos y deben detectar solo anticuerpos primarios de una sola especie y ninguna estructura en las células analizadas o muestras médicas. Por lo tanto, el problema era obtener planes de construcción para nanocuerpos secundarios verdaderamente perfectos. Comenzamos con una gran cantidad de variantes que extrajimos de una pequeña cantidad de sangre de dos alpacas inmunizadas. Mediante la denominada exhibición de fagos, buscamos las mejores variantes y finalmente las usamos para programar bacterias para la producción de nanocuerpos", aclara Tino Pleiner, primer autor del trabajo.

Los nanocuerpos se describieron por primera vez en 1993 por un grupo pionero belga de científicos. Desde entonces, los investigadores tratan de aprovecharlos para su trabajo en el laboratorio. Sin embargo, la sustitución de anticuerpos secundarios con nanocuerpos resultó ser nada trivial. Una razón es el tamaño de los nanocuerpos: son diez veces más pequeños que los anticuerpos normales. Por lo tanto, ofrecen mucho menos espacio para acoplar moléculas fluorescentes y, por lo tanto, parecen mucho más débiles en el microscopio que los anticuerpos convencionales. "De hecho, nuestros primeros experimentos con nanoanticuerpos secundarios fueron bastante decepcionantes y produjeron solo imágenes oscuras y ruidosas. Sin embargo, no nos damos por vencidos, e inmunizamos las dos alpacas de nuevo para estimular su sistema inmune para mejorar los nanocuerpos iniciales. Mayor evolución en el tubo de ensayo, una estrategia de acoplamiento especial para los tintes fluorescentes, y la combinación de dos o más nanocuerpos compatibles hizo el resto ", dice Görlich sobre las dificultades iniciales. Hasta ahora, los nanoanticuerpos al menos coinciden con los anticuerpos convencionales en términos de potencia de la señal.

Los nanoanticuerpos tienen claras ventajas sobre los anticuerpos secundarios. "La microscopía de fluorescencia de súper resolución, por ejemplo, puede resolver ópticamente las estructuras celulares en el rango de unos pocos nanómetros. Sin embargo, tales imágenes se vuelven borrosas cuando se usan anticuerpos primarios y secundarios que cada uno mide 15 nanómetros. Usar nanocuerpos con un tamaño de solo tres nanómetros mejora la resolución ", dice Pleiner. "Hemos probado los nanoanticuerpos secundarios en otras aplicaciones además del microscopio, y los resultados son muy prometedores", enfatiza Görlich. Especialmente, la nueva ruta de producción en bacterias facilita su modificación y fusión a otras proteínas informadoras, por ejemplo, enzimas. "Esperamos que en muchas aplicaciones nuestros nanocuerpos reemplacen a los anticuerpos secundarios convencionales de burros, cabras u ovejas".

Fuente: Instituto Max Planck