Premi Nobel per la fisiologia e la medicina 1984
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Produzione di anticorpi monoclonali VALENTINA FOGLIZZO NOBEL PER LA MEDICINA 1984 Niels K. Jerne Cesar Milstein Georges J. F. Kohler [7] UN PO’ DI STORIA… 1890 Behring e Kitasato scoprono molecole anticorpali nel siero di animali immunizzati e dimostrano la loro specificità DUNQUE TUTTE LE CELLULE PRODUCONO ANTICORPI Verso la fine degli anni ‘50 è stato dimostrato che solo i LINFOCITI sono in grado di produrre anticorpi 1955 Niels Jerne pubblica la sua prima importante teoria sulla preesistenza di molecole anticorpali in grado di riconoscere migliaia di antigeni non-self ? UN PO’ DI STORIA… Durante gli anni 60 avvengono moltissime scoperte nel campo dell’immunologia: 3. Viene chiarita la struttura primaria degli anticorpi 4. E’ dimostrato che un linfocita produce molecole anticorpali identiche fra loro 5. I linfociti vengono suddivisi in due classi: linfociti T (TH – TK) e linfociti B 1971 Niels Jerne teorizza l’esistenza di un’immunità tessuto-specifica Nel 1974 Jerne enuncia la sua terza teoria: esistono molecole anti-anticorpo che bilanciano l’azione degli anticorpi stessi CIO’ IMPLICA CHE… GLI ANTICORPI POSSONO ESSERE ESSI STESSI DEGLI ANTIGENI ! Kunkel e successivamente Jacques Oudin dimostrarono che: Le regioni variabili non possiedono solo il sito combinatorio per l’antigene ma mostrano anche un profilo antigenico detto IDIOTIPO Tra il 1975 ed il 1976 Kohler e Milstein sviluppano una tecnica con cui poter produrre anticorpi monoclonali in grande quantità FUSIONE VANTAGGI 1. Singola specificità 2. Immortalità degli ibridi 3. Antigeni impuri generano anticorpi puri 4. Elevata secrezione di anticorpi 5. Possibilità di mutare gli ibridomi per generare anticorpi non presenti in natura [7] ANTICORPO POLICLONALE vs ANTICORPO MONOCLONALE Miscela di anticorpi in grado di Riconoscere epitopi diversi di una stessa molecola Miscela di anticorpi prodotta da una selezione clonale di linfociti diretta contro lo stesso epitopo di un antigene 1. Basso titolo 1. Singola specificità 3. Popolazioni anticorpali eterogenee 2.Immortalità degli ibridi 5. la stessa combinazione di anticorpi è impossibile da riottenere in un nuovo animale 3.Antigeni impuri generano anticorpi puri 4.Elevata secrezione di anticorpi 5.Possibilità di mutare gli ibridomi per generare anticorpi non presenti in natura LA STRUTTURA Struttura a forma di Y costituita da 2 catene pesanti e 2 catene leggere unite da ponti disolfuro CDR (complementary determining regions) Regioni variabili (VH e VL): mediano la specificità e rendono la molecola divalente Taglio verticale: è una molecola simmetrica Taglio orizzontale: porzione costante Fc porzione variabile [1] ANTICORPI INGEGNERIZZATI E TERAPIA Inibizione vie di segnale Induzione citotossicità Cellulo-mediata Anticorpo-dipendente Citotossicità Complemento-mediata Prolungamento dell’emivita nel siero Veicolo di agenti citotossici Rapida eliminazione degli anticorpi non coniugati ANTICORPI INGEGNERIZZATI PER: 1. Alterarne le dimensioni 2. Migliorarne la farmacocinetica 3. Eliminare la loro immunogenicità 1. ALTERAZIONE DELLE DIMENSIONI IgG intere Permanenza nel circolo sanguigno Mielotossicità I° APPROCCIO: digestione con Papaina a formare Fab’ o F(ab’)2 Aumento della Clereance [1] Penetrazione omogenea nei tumori Stessa affinità per l’antigene 1. ALTERAZIONE DELLE DIMENSIONI II° APPROCCIO: minimalista Espressione in sistemi pro/eucariotici di frammenti anticorpali codificati da singoli geni ScFvs: VH-VL unite da linker peptidici PRO CONTRO Piccole dimensioni Piccole dimensioni Monovalenza Breve emivita nel siero Breve emivita nel siero [1] 1. ALTERAZIONE DELLE DIMENSIONI CURIOSITA’! I camelidi producono Ig chiamate ANTICORPI A CATENA PESANTE Loop delle CDR molto pronunciati VHH o NANOBODIES Aumentata penetrazione negli epitopi criptici [1] Alta stabilità termica Alta solubilità Alta affinità Alta stabilità intracellulare (utile per target citoplasmatici) 1. ALTERAZIONE DELLE DIMENSIONI TUTTAVIA IN GENERALE ScFvs E NANOBODIES HANNO UN’EMIVITA TROPPO BREVE Sfruttando linker peptidici di varia lunghezza è possibile generare anticorpi multimerici! [2] 2. MIGLIORAMENTO DELLA FARMACOCINETICA Anticorpi inibitori Aumento dell’emivita nel circolo Anticorpi veicolatori di agenti citotossici Aumento velocità di escrezione degli anticorpi non legati a all’antigene MODIFICAZIONE DELLE DIMENSIONI 3. DIMINUZIONE DELL’IMMUNOGENICITA’ HAMA (human anti-mouse antibodies) Mouse moAbs Alterazione della Biodistribuzione Clearance accelerata 1. ANTICORPI CHIMERICI UOMO-TOPO 3. SOSTITUZIONE RESIDUI DI SUPERFICIE NELLE REGIONI VARIABILI 5. DEIMMUNIZZAZIONE 7. SVILUPPO DI ANTICORPI UMANI ATTRAVESO TOPI TRANSGENICI BIBLIOGRAFIA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Kortt A.A. et al., Dimeric and trimeric antibodies: high avidity scFvs for cancer targeting, Biomolecular Engineering 18:95, 2001 Beckman R. A. et al.,Antibpdy constructs in cancer therapy, Cancer 109:170, 2007 Rossi E. A. et al,Development of new miltivalent-agents for pretargeting tumor localisation and therapy, Clinical Cancer Res 9:3886,2003 Strome S. E. et al.,A mechanistic perspective of monoclonal antibodies in cancer therapy beyond target-related effects, The Oncologist 12:1084,2007 Ryu D. D. Y and Nam DH., Recent progress in biomolecular engineering,Biotechnol. Progr., 16:2, 2000 Graumann K and Premstaller A., Manufactorin of recombinant therapeutic proteins in microbial system, Biotechnol J., 1:164, 2006 www.nobelprize.org
