Gli anticorpi sono indispensabili nella ricerca biologica e nella diagnostica medica. Però, la loro produzione richiede tempo, caro, e richiede l'uso di molti animali. Scienziati dell'Istituto Max Planck di chimica biofisica di Göttingen, Germania, hanno ora sviluppato i cosiddetti nanocorpi secondari che possono sostituire gli anticorpi più utilizzati e possono ridurre drasticamente il numero di animali nella produzione di anticorpi. Ciò è possibile perché i nanocorpi secondari possono essere prodotti su larga scala dai batteri. Inoltre, i nanocorpi secondari superano le loro controparti di anticorpi tradizionali nelle applicazioni chiave di biologia cellulare.

Come parte centrale del nostro sistema immunitario, gli anticorpi proteggono noi umani e altri vertebrati dai patogeni. Loro sono, però, anche strumenti essenziali nella diagnostica medica, terapia, e ricerca di base, ad esempio nella microscopia a fluorescenza. Quando i ricercatori vogliono studiare una certa proteina all'interno di una cellula, possono marcarlo selettivamente con anticorpi diretti contro questa proteina. Una volta che questi cosiddetti anticorpi primari hanno legato il loro bersaglio, vengono applicati gli anticorpi secondari. Questi legano gli anticorpi primari, portano coloranti fluorescenti che si illuminano al microscopio, e quindi rendere visibile la proteina di interesse.

La grande varietà di anticorpi primari è tradizionalmente prodotta nei piccoli mammiferi come conigli e topi:in primo luogo, gli animali sono immunizzati con la proteina purificata - questo è paragonabile alla vaccinazione dell'uomo. Di conseguenza, il sistema immunitario degli animali forma anticorpi contro la proteina. Gli anticorpi vengono infine raccolti dal sangue degli animali, ed elaborati. Poiché gli anticorpi sono utilizzati da migliaia di laboratori in tutto il mondo e poiché la maggior parte delle loro applicazioni si basa su anticorpi secondari, questi ultimi sono molto richiesti. Perciò, la produzione di anticorpi secondari necessita non solo di molti, ma anche animali di grossa taglia come asini, capre, o pecore. Questo pone un problema etico.

I nanocorpi secondari possono essere prodotti nei batteri

I ricercatori del Max Planck Institute for Biophysical Chemistry ora presentano un'alternativa sostenibile che può sostituire gli anticorpi secondari diretti contro quelli primari di topi o conigli. Si basa sui cosiddetti nanocorpi e può ridurre drasticamente il numero di animali utilizzati per la produzione di anticorpi. I nanobodies sono frammenti di anticorpi speciali di cammelli e specie affini come gli alpaca. "Abbiamo sviluppato nanocorpi secondari che non solo si comportano molto bene, ma anche, possono essere prodotti microbiologicamente su qualsiasi scala - proprio come la birra in un fermentatore, " spiega Dirk Görlich, Direttore dell'Istituto Max Planck di Göttingen e responsabile del progetto.

"Gli anticorpi secondari devono soddisfare requisiti di qualità estremamente rigorosi e devono rilevare solo gli anticorpi primari di una singola specie e nessuna struttura nelle cellule analizzate o nei campioni medici. Pertanto, il problema era ottenere piani di costruzione di nanocorpi secondari veramente perfetti. Abbiamo iniziato con un vasto numero di varianti che abbiamo estratto da una piccola quantità di sangue di due alpaca immunizzati. Con il cosiddetto phage display, abbiamo quindi ripescato le migliori varianti e alla fine le abbiamo usate per programmare i batteri per la produzione di nanobody, " chiarisce Tino Pleiner, primo autore dell'opera.

I nanobodies sono stati descritti per la prima volta nel 1993 da un gruppo di scienziati pionieristici belgi. Da allora, i ricercatori cercano di sfruttarli per il loro lavoro in laboratorio. Però, sostituire gli anticorpi secondari con nanocorpi si è rivelato tutt'altro che banale. Uno dei motivi è la dimensione dei nanocorpi:sono dieci volte più piccoli dei normali anticorpi. Perciò, offrono molto meno spazio per l'accoppiamento di molecole fluorescenti e quindi appaiono molto più deboli al microscopio rispetto agli anticorpi convenzionali.

"Infatti, i nostri primi esperimenti con nanocorpi secondari sono stati piuttosto deludenti e hanno prodotto solo immagini scure e rumorose. Però, non ci siamo arresi, e immunizzò nuovamente i due alpaca per stimolare il loro sistema immunitario a migliorare i nanocorpi iniziali. Ulteriore evoluzione in provetta, una speciale strategia di accoppiamento per i coloranti fluorescenti, e la combinazione di due o più nanocorpi compatibili ha fatto il resto, " Görlich racconta delle difficoltà iniziali. Ormai, i nanocorpi corrispondono almeno agli anticorpi convenzionali in termini di potenza del segnale.

Risoluzione migliorata nella microscopia ottica

I nanobodies hanno chiari vantaggi rispetto agli anticorpi secondari. "Microscopia a fluorescenza a super risoluzione, Per esempio, può risolvere otticamente strutture cellulari nell'intervallo di pochi nanometri. Però, tali immagini vengono sfocate quando vengono utilizzati anticorpi primari e secondari che misurano già ciascuno 15 nanometri. L'utilizzo di nanocorpi con una dimensione di soli tre nanometri migliora effettivamente la risoluzione, "dice Pleiner.

"Abbiamo testato i nanocorpi secondari in altre applicazioni oltre alla microscopia, e i risultati sono molto promettenti, " sottolinea Görlich. Soprattutto la nuova via di produzione nei batteri facilita la loro modifica e fusione con altre proteine ​​reporter, per esempio enzimi. "Ci aspettiamo che in molte applicazioni i nostri nanocorpi sostituiranno gli anticorpi secondari convenzionali degli asini, capre, o pecora".