anticorpi, responsabile del riconoscimento e dell'homing su bersagli molecolari, sono tra gli strumenti più utili in biologia e medicina. I nanobodies - piccoli cugini degli anticorpi - possono svolgere gli stessi compiti, ad esempio marcare le molecole per la ricerca o contrassegnare le cellule malate per la distruzione. Ma, grazie alla loro relativa semplicità i nanocorpi offrono l'allettante prospettiva di essere molto più facili da produrre.

Sfortunatamente, la loro promessa non è stata pienamente realizzata, perché agli scienziati mancava un modo efficiente per identificare i nanocorpi più sintonizzati sui loro obiettivi. Però, un nuovo sistema, sviluppato dai ricercatori della Rockefeller University e dai loro collaboratori e descritto oggi in Metodi della natura , promette di rendere i nanocorpi notevolmente più accessibili per tutti i tipi di ricerca.

Gli anticorpi sono proteine ​​difensive dispiegate dal sistema immunitario per identificare e neutralizzare gli invasori. Ma il loro potere può essere sfruttato anche in altri modi, e sono usati in biologia e medicina per visualizzare i processi cellulari, attaccando le cellule malate e consegnando molecole specifiche in luoghi specifici. Come i loro cugini più grandi, i nanocorpi possono essere utilizzati anche per questi compiti, ma le loro piccole dimensioni rendono i nanocorpi molto più facili da coltivare nelle fabbriche di batteri. Possono anche accedere a luoghi difficili da raggiungere che potrebbero essere vietati alle molecole più grandi.

"I nanobodies hanno un enorme potenziale come alternative versatili e accessibili agli anticorpi convenzionali, ma sfortunatamente le tecniche attuali presentano un collo di bottiglia per soddisfare la domanda di esse, ", afferma l'autore dello studio Michael Rout, capo del Laboratorio di Biologia Cellulare e Strutturale del Rockefeller. "Speriamo che il nostro sistema renda più disponibili nanocorpi ad alta affinità, e aprono loro molti nuovi possibili usi."

Nei loro primi studi, il team ha generato anticorpi ad alta affinità, quelli che sono in grado di legarsi più precisamente ai loro obiettivi, diretto contro due proteine ​​fluorescenti che i biologi usano spesso come marcatori per visualizzare l'attività all'interno delle cellule:GFP e mCherry. Il loro nuovo sistema, come quelli esistenti per la generazione di anticorpi, inizia con un animale, in questo caso i lama alloggiati in una struttura nel Connecticut.

I lama sono stati scelti perché le varianti anticorpali che producono sono facilmente modificabili per generare nanocorpi, che sono solo un decimo del peso di un normale anticorpo. I lama sono stati immunizzati con GFP e mCherry, spingendo il loro sistema immunitario a generare anticorpi contro queste proteine ​​estranee.

"La chiave era trovare un modo relativamente veloce per determinare le sequenze genetiche degli anticorpi che si legano ai bersagli con la massima affinità. Fino ad ora ottenere queste sequenze ad alta affinità è stato una specie di santo graal, "dice Brian Chait, Camille e Henry Dreyfus Professore e capo del Laboratorio di spettrometria di massa e chimica degli ioni gassosi al Rockefeller. "Una volta ottenute queste sequenze, è facile ingegnerizzare i batteri per produrre in massa gli anticorpi".

I ricercatori, guidato dallo studente laureato Peter Fridy e dal postdoc Yinyin Li, iniziato creando database di sequenze anticorpali da RNA isolato da cellule che producono anticorpi nel midollo osseo dei lama. Prossimo, hanno selezionato gli anticorpi GFP e mCherry più stretti dai campioni di sangue degli stessi lama, e tagliarli chimicamente in pezzi più piccoli, mantenendo solo la sezione che lega l'antigene per creare nanocorpi.

Hanno quindi determinato sequenze parziali degli amminoacidi che componevano la proteina dei nanocorpi con una tecnica nota come spettrometria di massa. Usando un algoritmo informatico chiamato "lama magic, " sviluppato da David Fenyö e Sarah Keegan della New York University School of Medicine, hanno abbinato la composizione dei nanocorpi a più alta affinità con la sequenza di RNA originale. Con questa sequenza, potrebbero ingegnerizzare i batteri per produrre in massa i nanocorpi prima di utilizzarli negli esperimenti.

Gli anticorpi sono spesso usati per isolare una particolare struttura all'interno di una cellula in modo che gli scienziati possano rimuoverla ed esaminarla, e il team ha fatto proprio questo con i loro nuovi nanocorpi. Hanno purificato varie strutture cellulari etichettate con GFP o mCherry, e anche visualizzato queste strutture in situ.

Tutto sommato, la loro procedura ha generato 25 tipi di nanocorpi in grado di colpire con precisione GFP e sei per mCherry, un insieme molto più diversificato di nanocorpi ad alta affinità rispetto a quanto è tipicamente possibile con le tecniche convenzionali.

Questa abbondanza apre nuove opzioni. Gli scienziati possono selezionare solo i migliori, eliminando i nanocorpi che per caso cross-reagiscono con altre molecole, o legare insieme due nanocorpi che si attaccano a punti diversi sulla stessa molecola bersaglio per generare un dimero ad altissima affinità, esattamente come hanno dimostrato i ricercatori per i nanocorpi GFP. Questa super-affinità potrebbe essere una caratteristica potente quando si somministrano molecole terapeutiche o diagnostiche perché abbasserebbe il dosaggio richiesto, e quindi ridurre gli effetti collaterali indesiderati.

"Dato che ora possiamo identificare facilmente suite di nanocorpi ad alta affinità, il futuro per loro come strumenti di ricerca, la diagnostica e la terapia sembrano brillanti, "dice Rotta.