SARS-CoV-2 抗ウイルス薬および診断ツールの開発におけるナノボディ工学の可能性

Study: Nanobody engineering for SARS-CoV-2 neutralization and detection. Image Credit: Juan Gaertner/Shutterstock


bioRxiv* プレプリント サーバーに投稿された最近の研究では、研究者はナノボディ エンジニアリングを調査して、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス 2 (SARS-CoV-2) に対する抗ウイルスおよび診断ツールを開発しました。

研究: SARS-CoV-2 の中和と検出のためのナノボディ工学。 画像著作権: Juan Gaertner/Shutterstock

バックグラウンド

最近のコロナウイルス病 2019 (COVID-19) のパンデミックを封じ込めるための世界的な取り組みにより、COVID-19 の重度の症状を治療するための迅速な抗原検査からモノクローナル抗体に至るまで、多くの抗体ベースの治療および診断技術が開発されました。

多くのモノクローナル抗体と COVID-19 ワクチンは、宿主細胞膜結合とウイルス侵入におけるその役割により、SARS-CoV-2 スパイクタンパク質を標的にしています。 最近の研究では、スパイクタンパク質の S1 サブユニットの受容体結合ドメイン (RBD) の変異により、既存のモノクローナル抗体と COVID-19 ワクチンの有効性に挑戦する新しいバリアントが出現することが示されています。

新しい SARS-CoV-2 変異体のいくつかによって示される免疫回避に対する現在の研究は、ラクダ科の単一ドメイン抗体フラグメントやナノボディなどの新しい抗体ベースの技術の開発に焦点を当てています。 いくつかの SARS-CoV-2 を中和するナノボディが特徴付けられていますが、診断ツールでのナノボディの使用はほとんど未調査のままです。

研究について

今回の研究では、研究者は、異なる結合部位に結合するナノボディ ドメインを融合させることにより、マルチモジュラー ナノボディを設計しました。 これらのドメインは、20 アミノ酸の柔軟なリンカーを使用して融合されており、異なるエピトープに同時に結合することができ、結合強度を高め、新たなバリアントによる免疫逃避を潜在的に減少させます。

以前に開発された 4 つの単量体ナノボディの組み合わせを使用して、3 つのトリモジュラー ナノボディ (tri-Ty1、tri-TMH、および tri-TMV) を生成しました。 野生型 SARS-CoV-2 およびアルファ、ベータ、デルタ、およびオミクロン変異体に対するマルチモジュラー ナノボディの中和効力をテストするために、中和アッセイを in vitro で実施しました。 抗原マイクロ アレイを使用して、RBD のアミノ酸の変化が 3 つの三分子ナノボディの結合にどのように影響するかを理解しました。

さらに、ナノボディのモジュラー特性を使用して、信号分子として機能する人工蛍光ルシフェラーゼタンパク質 NanoLuc の分割フラグメントと融合した RBD 結合ナノボディからなる診断アッセイを開発しました。 診断アッセイは、NanoLuc の分割フラグメントが SARS-CoV-2 スパイク三量体へのナノボディの結合によって近接されると、フラグメントの融合が蛍光シグナルをもたらすという原理に基づいています。 研究者は、これがサブナノモルレベルの SARS-CoV-2 スパイクタンパク質を 1 ステップで検出するのに役立つと考えています。

結果

結果は、個々の構成ナノボディの半最大阻害濃度 (IC50) と比較して、この研究で開発されたマルチモジュラー ナノボディの中和効果の最大 100 倍の増加を報告しています。

tri-TMH ナノボディ構築物は、野生型 SARS-CoV-2 および Alpha バリアントの最強の中和剤でしたが、Delta バリアントに対する効力の低下を示しました。 3 つのマルチモジュラー ナノボディはすべて、ベータおよびオミクロン バリアントの中和には効果がありませんでした。 動物モデルの鼻腔に投与されたtri-TMHの予防用量は、肺組織の損傷を制限しました。

著者らによると、ベータおよびオミクロンバリアントに存在するが、野生型 SARS-CoV-2 およびその他のバリアントには存在しない E484K 変異が、3 つのナノボディ構築物の有効性の低下に関与しています。 この突然変異はアミノ酸の変化をもたらし、塩橋を破壊し、RBD の構造変化を引き起こし、ナノボディ結合界面に影響を与えます。

この研究で開発されたナノボディベースの診断アッセイは、SARS-CoV-2 スパイクタンパク質を 200 pM という低濃度で検出することに成功しました。 これらの検出レベルは、蛍光共鳴エネルギー移動 (FRET) ベースのアッセイなどの他の抗原検査方法に匹敵し、結果は市販の抗原検査と同様でした。

結論

全体として、この研究は、結合活性が増加し、複数のエピトープに同時に結合する能力を備えたマルチモジュラーナノボディの開発により、モノクローナル抗体に代わる有望な抗ウイルスおよび診断の代替手段を提示します。

原理実証実験は、新しいナノボディベースの診断ツールが非常に低濃度の SARS-CoV-2 スパイクタンパク質を検出できることを示しています。 アッセイは、診断ツールとして商業的に使用される患者サンプルでさらに検証する必要があります。 ただし、生産コストが比較的低く、動物組織培養などのリソース集約的な要件がないため、ナノボディは抗ウイルス研究および試験における魅力的な代替手段になります。

急速に出現する SARS-CoV-2 バリアントがモノクローナル抗体とワクチンの有効性に挑戦しているため、比較的安価で変更可能なナノボディは、抗ウイルス療法と診断テストの実行可能なオプションを提供します。

*重要なお知らせ

bioRxiv は、査読されていない暫定的な科学レポートを発行しているため、決定的なものと見なしたり、臨床診療/健康関連の行動をガイドしたり、確立された情報として扱ったりするべきではありません



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