Anticuerpos a cargo de reconocer y localizar objetivos moleculares, se encuentran entre las herramientas más útiles en biología y medicina. Los nanocuerpos, primos diminutos de los anticuerpos, pueden realizar las mismas tareas, por ejemplo, marcar moléculas para investigación o marcar células enfermas para su destrucción. Pero, gracias a su relativa simplicidad, los nanocuerpos ofrecen la tentadora perspectiva de ser mucho más fáciles de producir.

Desafortunadamente, su promesa no se ha cumplido por completo, porque los científicos han carecido de una forma eficiente de identificar los nanocuerpos más ajustados a sus objetivos. Sin embargo, un nuevo sistema, desarrollado por investigadores de la Universidad Rockefeller y sus colaboradores y descrito hoy en Métodos de la naturaleza , promete hacer que los nanocuerpos sean dramáticamente más accesibles para todo tipo de investigación.

Los anticuerpos son proteínas defensivas desplegadas por el sistema inmunológico para identificar y neutralizar a los invasores. Pero su poder también se puede aprovechar de otras formas, y se utilizan en biología y medicina para visualizar procesos celulares, atacando células enfermas y entregando moléculas específicas a lugares específicos. Como sus primos mayores, Los nanocuerpos también se pueden utilizar para estas tareas, pero su pequeño tamaño hace que los nanocuerpos sean mucho más fáciles de cultivar en las fábricas de bacterias. También pueden acceder a lugares de difícil acceso que pueden estar fuera del alcance de moléculas más grandes.

"Los nanocuerpos tienen un enorme potencial como alternativas versátiles y accesibles a los anticuerpos convencionales, pero desafortunadamente las técnicas actuales presentan un cuello de botella para satisfacer la demanda, "dice el autor del estudio Michael Rout, jefe del Laboratorio de Biología Celular y Estructural de Rockefeller. "Esperamos que nuestro sistema haga que los nanocuerpos de alta afinidad estén más disponibles, y abrir muchos nuevos usos posibles para ellos ".

En sus primeros estudios, el equipo generó anticuerpos de alta afinidad, aquellos que son capaces de vincularse con mayor precisión a sus objetivos, dirigido contra dos proteínas fluorescentes que los biólogos suelen utilizar como marcadores para visualizar la actividad dentro de las células:GFP y mCherry. Su nuevo sistema, como los existentes para generar anticuerpos, comienza con un animal, en este caso llamas alojadas en una instalación en Connecticut.

Se eligieron las llamas porque las variantes de anticuerpos que producen se modifican fácilmente para generar nanocuerpos, que son solo una décima parte del peso de un anticuerpo regular. Las llamas fueron inmunizadas con GFP y mCherry, incitando a sus sistemas inmunológicos a generar anticuerpos contra estas proteínas extrañas.

"La clave fue encontrar una forma relativamente rápida de determinar las secuencias genéticas de los anticuerpos que se unen a los objetivos con la mayor afinidad. Hasta ahora, obtener estas secuencias de alta afinidad ha sido una especie de santo grial, "dice Brian Chait, Camille y Henry Dreyfus Profesor y director del Laboratorio de Espectrometría de Masas y Química de Iones Gaseosos en Rockefeller. "Una vez que se obtienen esas secuencias, es fácil diseñar bacterias para producir anticuerpos en masa ".

Los investigadores, dirigido por el estudiante de posgrado Peter Fridy y el posdoctorado Yinyin Li, comenzó creando bases de datos de secuencias de anticuerpos a partir de ARN aislado de células productoras de anticuerpos en la médula ósea de las llamas. Próximo, seleccionaron los anticuerpos GFP y mCherry de unión más fuerte de muestras de sangre de las mismas llamas, y cortarlos químicamente en trozos más pequeños, manteniendo solo la sección de unión al antígeno para crear nanocuerpos.

Luego determinaron secuencias parciales de los aminoácidos que componían la proteína de los nanocuerpos con una técnica conocida como espectrometría de masas. Usando un algoritmo informático llamado "magia de llama, "desarrollado por David Fenyö y Sarah Keegan de la Facultad de Medicina de la Universidad de Nueva York, emparejaron la composición de los nanocuerpos de mayor afinidad con la secuencia de ARN original. Con esta secuencia, podrían diseñar bacterias para producir en masa los nanocuerpos antes de utilizarlos en experimentos.

Los anticuerpos se utilizan a menudo para aislar una estructura particular dentro de una célula para que los científicos puedan eliminarla y examinarla. y el equipo hizo precisamente eso con sus nuevos nanocuerpos. Purificaron varias estructuras celulares etiquetadas con GFP o mCherry, y también visualizó estas estructuras in situ.

Considerándolo todo, su procedimiento generó 25 tipos de nanocuerpos capaces de apuntar con precisión a GFP y seis para mCherry, un conjunto mucho más diverso de nanocuerpos de alta afinidad de lo que normalmente es posible con las técnicas convencionales.

Esta abundancia abre nuevas opciones. Los científicos pueden seleccionar solo los mejores, eliminar nanocuerpos que por casualidad reaccionan de forma cruzada con otras moléculas, o unir dos nanocuerpos que se adhieren a diferentes puntos en la misma molécula objetivo para generar un dímero de afinidad súper alta, exactamente como lo demostraron los investigadores para los nanocuerpos GFP. Esta súper alta afinidad podría ser una característica poderosa al administrar moléculas terapéuticas o de diagnóstico porque reduciría la dosis requerida, y así reducir los efectos secundarios no deseados.

"Dado que ahora podemos identificar fácilmente conjuntos de nanocuerpos de alta afinidad, el futuro para ellos como herramientas de investigación, el diagnóstico y la terapéutica se ven brillantes, "dice Rout.