Nanocuerpos altamente eficaces y estables para el SARS-CoV-2

Los anticuerpos ayudan a nuestro sistema inmunitario a combatir los agentes patógenos: Se unen a los virus y los hacen inofensivos; en la jerga técnica, esto se llama "neutralización". Los anticuerpos también pueden producirse industrialmente y administrarse a pacientes con enfermedades agudas. Así, actúan como un medicamento, alivian los síntomas y acortan el curso de la enfermedad. Esta es una práctica establecida, por ejemplo, con la hepatitis B o la rabia. Los anticuerpos también se utilizan como agentes activos para los pacientes infectados por COVID-19. El problema es que la producción industrial de anticuerpos es tan compleja y costosa que no se puede satisfacer la demanda mundial. Los nanocuerpos podrían ser una solución en este caso.

Científicos del Instituto Max Planck (MPI) de Química Biofísica de Göttingen y del Centro Médico Universitario de Göttingen (UMG) han desarrollado ahora minicuerpos que tienen todas las propiedades que cabría esperar de un fármaco eficaz contra el COVID-19. "Por primera vez, combinan una estabilidad extrema y una eficacia máxima contra el virus y sus variantes alfa, beta, gamma y delta", subraya Dirk Görlich, director del MPI de Química Biofísica.

A primera vista, apenas se diferencian de los minicuerpos contra COVID-19 de otros laboratorios. Todos ellos van dirigidos contra una parte crucial del coronavirus: el dominio de unión al receptor, la zona de la proteína de la espiga en su superficie con la que el virus reconoce sus células huésped y puede invadirlas. Los nanocuerpos se adhieren al dominio de unión, lo bloquean e impiden así que el virus infecte las células.

"Nuestros nanocuerpos pueden soportar temperaturas de 95 °C sin destruirse ni formar agregados", explica Matthias Dobbelstein, profesor y director del Instituto de Oncología Molecular de la UMG. "Por un lado, esto nos dice que podrían permanecer activos en el cuerpo el tiempo suficiente para ser eficaces. Por otro lado, los nanocuerpos estables a la temperatura son mucho más fáciles de producir, procesar y almacenar".

Paquetes de uno, dos y tres

Incluso los mini-anticuerpos más sencillos de los investigadores de Göttingen se unen hasta 1000 veces más fuertemente a la proteína de la espiga que los nano-cuerpos desarrollados anteriormente contra COVID-19. También se unen muy bien a los dominios de unión al receptor mutantes de las cepas alfa, beta, gamma y delta. "Nuestros sencillos nanocuerpos pueden ser adecuados para ser inhalados y contener el virus en las vías respiratorias", dice Dobbelstein. "Como son muy pequeños, también pueden penetrar fácilmente en los tejidos y evitar que el virus se siga propagando directamente en el lugar de la infección".

La eficacia de la unión mejora aún más en el "paquete triple de nanocuerpos". Para ello, los investigadores enlazaron tres nanocuerpos idénticos de forma que se ajustaran a la simetría de la proteína de la espiga, que consta de tres bloques de construcción idénticos con tres dominios de unión. "En cierto modo, combinamos fuerzas con el triple paquete: cada uno de los tres nanocuerpos se adhiere idealmente a uno de los tres dominios de unión", informa Thomas Güttler, científico del equipo de Görlich. "Esto crea un vínculo prácticamente irreversible. El paquete triple no vuelve a soltar la proteína de la espiga y neutraliza el virus incluso hasta 30.000 veces mejor que los nanocuerpos simples". Otra ventaja: los nanocuerpos de tres paquetes son lo suficientemente grandes como para que el riñón los deje en la sangre y no los excrete con la orina en pocas horas. Esto aumenta su tiempo de retención en el organismo y, por tanto, su eficacia.

Como tercer diseño, el equipo acopló cada uno dos nanocuerpos que reconocen diferentes áreas en el dominio de unión al receptor y luego unen la espiga. "La unión de estos 'tándems' es tan fuerte que son muy resistentes a las ya ubicuas mutaciones que el virus utiliza para evadir el sistema inmunitario", explica Metin Aksu, otro investigador asociado del equipo de Görlich.

Para todas las variantes de nanoanticuerpos -tanto la única como la combinación de dos y tres vías- las cantidades más pequeñas son suficientes para detener al patógeno. Si se utiliza como agente terapéutico, esto supondría una menor carga para los enfermos y reduciría considerablemente los costes de producción.

Las alpacas proporcionan los planos de los minicuerpos

"Los nanocuerpos proceden de las alpacas y tienen una estructura mucho más pequeña y sencilla que los anticuerpos convencionales", informa Görlich. Para producir los nanocuerpos contra el SARS-CoV-2, el equipo inyectó repetidamente una parte de la proteína de la espiga en las tres alpacas Britta, Nora y Xenia del rebaño del MPI de Göttingen. Los animales formaron entonces anticuerpos contra esta parte de la proteína. Tras la última inyección, los investigadores extrajeron una pequeña cantidad de sangre de los animales. Para las alpacas, este fue el final de su trabajo; los siguientes pasos se llevaron a cabo con la ayuda de enzimas, bacterias, los llamados bacteriófagos y levaduras. "La exposición global de nuestros animales es muy baja, comparable a la de una vacunación y un análisis de sangre para humanos", explica Görlich.

En el siguiente paso, los científicos extrajeron de la sangre de las alpacas los planos de unos mil millones de nanocuerpos diferentes. Todo lo demás para el equipo de Görlich fue una rutina de laboratorio perfeccionada a lo largo de muchos años: los bioquímicos pescaron los mejores nanocuerpos con bacteriófagos entre un número inicialmente astronómico. En etapas posteriores, se comprobó su eficacia y se mejoró continuamente en varios ciclos de diseño.

No todos los anticuerpos son neutralizantes. Los investigadores dirigidos por Dobbelstein determinaron si los minicuerpos eliminan el coronavirus, y en qué medida, mediante la simulación de infecciones virales en cultivos celulares en el laboratorio. "Observamos qué nanocuerpos impiden que los virus se repliquen en los cultivos celulares. Probando los nanocuerpos en muchas diluciones diferentes, averiguamos qué cantidad es suficiente para lograr este efecto", explica Antje Dickmanns, del equipo de Dobbelstein. Su colega Kim Stegmann añade: "Algunos de los nanocuerpos eran realmente impresionantes. Menos de una millonésima de gramo de estos nanocuerpos en un litro de medio es suficiente para prevenir completamente la infección. En el caso de los paquetes de tres, incluso otras veinte veces menos es suficiente".

También es eficaz contra las variantes actuales de Corona

En el transcurso de la pandemia de Corona, siguieron apareciendo nuevas variantes del virus que dominaron rápidamente la escena de la infección. Estas variantes no sólo son a menudo más infecciosas que la cepa originalmente identificada en Wuhan, China. También han cambiado su proteína de espiga por medio de mutaciones de tal manera que algunos anticuerpos originalmente eficaces de personas infectadas, recuperadas o vacunadas ya no pueden eliminar el virus. Incluso para un sistema inmunitario ya activado contra el SARS-CoV-2, es por tanto más difícil detener el virus. Este problema también afecta a los anticuerpos y nanocuerpos terapéuticos ya desarrollados.

Aquí es donde los nuevos nanocuerpos muestran toda su fuerza, porque también son eficaces contra las variantes conocidas del coronavirus. Los investigadores habían inoculado a sus alpacas parte de la proteína de la espiga del primer virus conocido del SARS-CoV-2. Sorprendentemente, sus sistemas inmunitarios también produjeron anticuerpos activos contra las variantes alfa, beta, gamma y delta del virus. "Si nuestros nanocuerpos resultan demasiado ineficaces contra una futura variante, podemos volver a inmunizar a las alpacas. Como ya están vacunados contra el virus, adaptarían muy rápidamente sus anticuerpos a las nuevas variantes", confía Güttler.