WEHI-forskare studerar "nanokroppar" - små immunproteiner tillverkade av alpackor - i ett försök att förstå om de kan vara effektiva för att blockera SARS-CoV-2, viruset som orsakar covid-19.

Alpackor producerar unika antikroppar - kallade nanokroppar - som kan binda mycket specifikt till ett protein. Forskargruppen utvecklar nanokroppar som är specifika för SARS-CoV-2 "spike"-proteinet, som sticker ut från virusets yta och låter viruset binda och komma in i mänskliga celler.

Teamet hoppas att utveckling av nanokroppar mot "spike"-proteinet kan vara ett viktigt steg mot nya antikroppsbaserade "biologiska" terapier för att behandla COVID-19.

Detta nanobody-program mot COVID-19 är en del av en konsortiumledd satsning som samlar expertis från viktorianska och australiensiska akademiker och industriledare inom infektionssjukdomar och antikroppsterapi vid WEHI, Doherty-institutet, CSL, Affinity Bio, CSIRO, Burnet Institute och Kirby Institute.

Nanobodies – byggstenarna för antikroppsbaserade terapier

Antikroppar är viktiga infektionsbekämpande proteiner i vårt immunförsvar. En viktig aspekt av antikroppar är att de binder tätt och specifikt till ett annat protein, sa docent Wai-Hong Tham, som leder forskningen vid WEHI.

"Antikroppsbaserade terapier - eller "biologiska läkemedel" - använder denna egenskap hos antikroppar, utnyttja en antikropp som binder specifikt till ett protein som är involverat i sjukdom. I vårat fall, vi funderar på att utveckla en terapi som binder till SARS-CoV-2-virusets "spike"-protein, som den använder för att komma in i mänskliga celler. Dessa antikroppar kan förhindra att viruset binder till den mänskliga receptorn som kallas ACE2 – stoppar infektionscykeln för covid-19, " Hon sa.

En egenhet hos alpacka-immunsystemet gör alpackaantikroppar till en nyckelresurs i detta projekt.

"Alpackor gör unika antikroppar, som är mindre än konventionella antikroppar. Konventionella antikroppar är sammansatta av två immunglobin - tunga kedjor och lätta kedjor - medan alpackor gör majoriteten av antikroppar som saknar lätta kedjor. Nanokroppar är laboratorietillverkade antikroppsfragment av den enda domänen av den tunga kedjan som känner igen främmande proteiner. Dessa binder verkligen specifikt till sitt målprotein och är mer stabila än andra antikroppar, " sa docent Tham.

För att generera nanokroppar mot SARS-CoV-2, en grupp alpackor i regionala Victoria immuniseras med en syntetisk, icke-smittsam, en del av SARS-CoV-2 "spike"-proteinet.

"Det syntetiska "spike"-proteinet är inte smittsamt och orsakar inte alpackorna att utveckla sjukdomar - men det tillåter alpackorna att utveckla nanokroppar, " sa docent Tham.

"Vi kan sedan extrahera gensekvenserna som kodar för nanokropparna och använda dessa för att producera miljontals typer av nanokroppar i laboratoriet och sedan välja ut de som binder till "spike"-proteinet."

"Vi jämför nu dessa nanokroppar för att upptäcka vilka som är mest effektiva när det gäller att binda "spike"-proteinet och blockera viruset från att komma in i celler. Dessa antikroppar kan möjliggöra utvecklingen av nya behandlingar mot COVID-19."

ANSTOs australiska synkrotron var en kritisk resurs i projektet, vilket gör det möjligt för forskargruppen att kartlägga vilka delar av "spike"-proteinet som nanokropparna band till och hur detta påverkade virusets förmåga att binda till sin mänskliga receptor.

Använder antikroppsterapier för att behandla COVID-19

Antikroppsterapier används redan kliniskt för sjukdomar som cancer, inflammatoriska och autoimmuna tillstånd.

De kan användas både för att förebygga och behandla sjukdomar och är särskilt användbara hos äldre personer eller de som är immunförsvagade, som kanske inte kan få ett robust immunsvar mot ett vaccin.

Docent Tham sa att antikroppsbaserade terapier skilde sig från vacciner.

"Vacciner framkallar ett immunsvar för att producera antikroppar, medan antikroppsbaserade terapier levererar de effektiva antikropparna direkt. Även om detta innebär att de antikroppsbaserade terapierna börjar fungera direkt, de skulle inte ge ett långsiktigt skydd. I kontrast, ett vaccin tar lite tid att bygga upp skyddande immunitet, men denna immunitet kan vara i månader, år eller decennier."

Forskningen är i ett tidigt skede, men teamet hoppas att det kommer att hjälpa i kampen mot covid-19.

"Vi är i de tidiga stadierna av denna forskning och det finns ett antal steg som måste ske för att utveckla terapierna, såväl som kliniska prövningar, innan denna behandling kunde användas på människor. Men vi hoppas att antikroppsbaserade terapier kan erbjuda en potentiell lösning på COVID-19 och kan användas tillsammans med andra behandlingsmetoder för att bekämpa denna globala pandemi, " sa docent Tham.

"Även om vi inte är säkra ännu när dessa behandlingar för covid-19 kommer att vara tillgängliga för allmänheten, vi arbetar så hårt vi kan för att göra dessa säkert tillgängliga så snart som möjligt. Jag har aldrig sett grupper av människor mobilisera vetenskapligt på ett så passionerat och samarbetande sätt."