Antikroppar är oumbärliga i biologisk forskning och medicinsk diagnostik. Dock, deras produktion är tidskrävande, dyr, och kräver användning av många djur. Forskare vid Max Planck-institutet för biofysisk kemi i Göttingen, Tyskland, har nu utvecklat så kallade sekundära nanokroppar som kan ersätta de mest använda antikropparna och kan drastiskt minska antalet djur i antikroppsproduktionen. Detta är möjligt eftersom de sekundära nanokropparna kan produceras i stor skala av bakterier. Dessutom, de sekundära nanokropparna överträffar sina traditionella antikroppsmotsvarigheter i viktiga cellbiologiska tillämpningar.

Som en central del av vårt immunförsvar, antikroppar skyddar oss människor och andra ryggradsdjur mot patogener. Dom är, dock, också viktiga verktyg inom medicinsk diagnostik, terapi, och grundforskning - till exempel inom fluorescensmikroskopi. När forskare vill studera ett visst protein i en cell, de kan markera det selektivt med antikroppar riktade mot detta protein. När dessa så kallade primära antikroppar har bundit sitt mål, sekundära antikroppar appliceras. Dessa binder de primära antikropparna, bära fluorescerande färgämnen som lyser upp under mikroskopet, och på så sätt göra proteinet av intresse synligt.

Den stora variationen av primära antikroppar produceras traditionellt i små däggdjur som kaniner och möss:För det första, djuren immuniseras med det renade proteinet - detta är jämförbart med att vaccinera människor. Som ett resultat, djurens immunförsvar bildar antikroppar mot proteinet. Antikropparna samlas slutligen upp från djurens blod, och bearbetas. Eftersom antikroppar används av tusentals laboratorier över hela världen och eftersom de flesta av deras applikationer är beroende av sekundära antikroppar, de senare är mycket efterfrågade. Därför, produktionen av sekundära antikroppar kräver inte bara många, men också stora djur som åsnor, get, eller får. Detta ställer till ett etiskt problem.

Sekundära nanokroppar kan produceras i bakterier

Forskare vid Max Planck Institute for Biophysical Chemistry presenterar nu ett hållbart alternativ som kan ersätta sekundära antikroppar riktade mot primära från möss eller kaniner. Den förlitar sig på så kallade nanokroppar och kan drastiskt minska antalet djur som används för antikroppsproduktion. Nanokroppar är fragment av speciella antikroppar från kameler och besläktade arter som alpackor. "Vi har utvecklat sekundära nanokroppar som inte bara presterar mycket bra, men också, de kan produceras mikrobiologiskt i vilken skala som helst - precis som öl i en fermentor, " förklarar Dirk Görlich, Direktör vid Max Planck-institutet i Göttingen och projektledare.

"Sekundära antikroppar måste uppfylla extremt stränga kvalitetskrav och måste endast detektera primära antikroppar av en enda art och inga strukturer i de analyserade cellerna eller medicinska proverna. problemet var att få fram byggplaner för verkligt perfekta sekundära nanokroppar. Vi började med ett stort antal varianter som vi extraherade från en liten mängd blod från två immuniserade alpackor. Genom så kallad fagvisning, vi fiskade sedan fram de bästa varianterna och använde dem så småningom för att programmera bakterier för nanokroppsproduktion, " förklarar Tino Pleiner, verkets första författare.

Nanokroppar beskrevs första gången 1993 av en belgisk pionjärgrupp av forskare. Sedan dess, forskare försöker dra nytta av dem för deras arbete i labbet. Dock, att ersätta sekundära antikroppar med nanokroppar visade sig inte vara trivialt alls. En anledning är nanokropparnas storlek:De är tio gånger mindre än vanliga antikroppar. Därför, de erbjuder mycket mindre utrymme för koppling av fluorescerande molekyler och verkar därför mycket svagare i mikroskopet än konventionella antikroppar.

"Verkligen, våra första experiment med sekundära nanokroppar var ganska nedslående och gav bara mörka och brusiga bilder. Dock, vi gav inte upp, och immuniserade de två alpackorna igen för att stimulera deras immunsystem för att förbättra de initiala nanokropparna. Ytterligare utveckling i provröret, en speciell kopplingsstrategi för de fluorescerande färgämnena, och att kombinera två eller flera kompatibla nanokroppar gjorde resten, Görlich berättar om inledande svårigheter. nanokropparna matchar åtminstone konventionella antikroppar när det gäller signalstyrka.

Förbättrad upplösning i ljusmikroskopi

Nanokroppar har klara fördelar jämfört med sekundära antikroppar. "Superupplösning fluorescensmikroskopi, till exempel, kan optiskt lösa cellulära strukturer inom intervallet några få nanometer. Dock, sådana bilder blir suddiga när primära och sekundära antikroppar används som var och en redan mäter 15 nanometer. Att använda nanokroppar med en storlek på bara tre nanometer förbättrar verkligen upplösningen, " säger Pleiner.

"Vi har testat de sekundära nanokropparna i andra applikationer förutom mikroskopi, och resultaten är mycket lovande, Görlich betonar. Speciellt den nya produktionsvägen för bakterier underlättar deras modifiering och fusion till andra reporterproteiner, till exempel enzymer. "Vi förväntar oss att våra nanokroppar i många tillämpningar kommer att ersätta konventionella sekundära antikroppar från åsnor, get, eller får."