Forskare vid Karolinska Institutet, Sverige, i samarbete med forskare vid universitetet i Oslo, Norge, har visat det mest exakta avståndet mellan tätt packade antigener för att få den starkaste bindningen till antikroppar i immunsystemet. Studien, som publiceras i tidskriften Naturens nanoteknik , kan ha betydelse för utvecklingen av vacciner och immunterapi som används vid cancer.

Vacciner fungerar genom att träna immunförsvaret med ofarliga blandningar av antigener (främmande ämnen som utlöser en reaktion i immunsystemet), från ett virus, till exempel. När kroppen sedan utsätts för viruset, immunsystemet känner igen de antigener som viruset bär och kan effektivt förhindra en infektion.

I dag, många nya vacciner använder sig av något som kallas "partikeldisplay, " vilket innebär att antigenerna förs in i kroppen och presenteras för immunsystemet i form av partiklar med massor av antigener tätt packade på ytan. I vissa fall, partikelvisning av antigener fungerar bättre som ett vaccin än att bara tillhandahålla fria antigener; ett exempel är HPV-vaccinet, som skyddar mot livmoderhalscancer.

Antikroppar, eller immunglobuliner, kanske den viktigaste delen av kroppens försvar mot infektioner, binder antigener mycket effektivt. Antikropparna har en Y-formad struktur där varje "arm" kan binda ett antigen. På det här sättet, varje antikroppsmolekyl kan vanligtvis binda två antigenmolekyler.

I den aktuella studien, forskarna undersökte hur nära och hur långt ifrån varandra antigenerna kan packas utan att nämnvärt påverka en antikropps förmåga att binda båda molekylerna samtidigt.

"Vi har för första gången kunnat noggrant mäta avstånden mellan antigener som resulterar i den bästa samtidiga bindningen av båda armarna av olika antikroppar. Avstånd på cirka 16 nanometer ger den starkaste bindningen, säger Björn Högberg, professor vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik, Karolinska Institutet, som ledde studien.

Studien visar också att immunglobulin M (IgM), den första antikroppen som är involverad i en infektion, har betydligt större räckvidd, det är förmågan att binda två antigener, än man tidigare trott. IgM har också en betydligt större räckvidd än de IgG-antikroppar som produceras i ett senare skede av en infektion.

Tekniken som forskarna använde är baserad på en relativt ny teknik som kallas DNA-origami, som har använts sedan 2006, som gör att exakta nanostrukturer kan utformas med hjälp av DNA. Dock, det är först på senare år som forskare har lärt sig att använda denna teknik i biologisk forskning. Applikationen som används i studien är nyutvecklad.

"Genom att sätta antigener på dessa DNA-origamistrukturer, vi kan tillverka ytor med exakta avstånd mellan antigenerna och sedan mäta hur olika typer av antikroppar binder till dem. Nu kan vi mäta exakt hur antikroppar interagerar med flera antigener på ett sätt som tidigare var omöjligt, säger Björn Högberg.

Resultaten kan användas för att bättre förstå immunsvaret, till exempel varför B-lymfocyter, en typ av vita blodkroppar, aktiveras så effektivt av partikeldisplayvacciner, och att designa bättre antikroppar för immunterapi vid behandling av cancer.

Forskningen har utförts i nära samarbete med Laboratory of adaptive immunity and homeostasis ledd av Jan Terje Anderson, vid universitetet i Oslo och Oslo universitetssjukhus.

"Vi studerar sambandet mellan antikroppars struktur och funktion. Sådan insikt är viktig när vi designar nästa generations vacciner och antikroppar för skräddarsydd behandling av allvarliga sjukdomar. Vi har länge letat efter nya metoder som kan hjälpa oss att bli detaljerade insikt i hur olika antikroppar binder till antigenerna.Samarbetet med Björn Högberg har öppnat helt nya dörrar, säger Jan Terje Andersen.