Desenvolvimento e caracterização de anticorpos recombinantes com potencial terapêutico

Abstract

Resumo: Com o advento da tecnologia de hibridoma para produção de anticorpos monoclonais e da tecnologia do DNA recombinante, surge a engenharia de anticorpos recombinantes. Essas proteínas têm ganhado espaço na pesquisa biomédica ao longo dos últimos anos e passaram a ser amplamente empregadas na clínica, hoje compondo o principal pilar da terapêutica baseada em proteínas. Em um levantamento realizado em 2021, o órgão regulatório norte-americano FDA (Federal Drug Administration) já havia aprovado mais de 120 moléculas de anticorpos monoclonais (mAbs) para uso terapêutico, enquanto cerca de 870 moléculas estão em processo de desenvolvimento clínico. Considerando a relevância da imunoterapia e visando o desenvolvimento de insumos terapêuticos mais específicos, seguros e efetivos, estudos no sentido do desenvolvimento e melhoramento dessas moléculas são de suma importância. Objetivando reduzir o seu potencial imunogênico, surgem estratégias para humanização de mAbs de origem heteróloga, consequentemente permitindo um aumento de sua biossegurança. Adicionalmente, considerando-se a íntima relação entre estrutura/função de anticorpos, estudos para investigação da influência da estrutura bi/tridimensional de imunoglobulinas em parâmetros biofísicos e sua funcionalidade são bastante relevantes. Para isso, os mAbs LimAb7, S1A0 e glenzocimab, que apresentam diferentes aplicações farmacológicas, foram utilizados como templates para o estudo de sua humanização, regiões estruturais e mecanismo de inibição, respectivamente. Variantes humanizadas do anticorpo LimAb7 (e de diferentes formatos) foram produzidas com sucesso, segundo diferentes critérios de humanização. Suas propriedades biofísicas foram avaliadas e puderam ser otimizadas, bem como sua reatividade frente ao alvo, que permaneceu inalterada. Adicionalmente, as regiões estruturais do mAb S1A0 (scFv) foram mutadas e diversas variantes produzidas. Observou-se que essas mutações geraram ganhos significativos nas propriedades físico-químicas dessas moléculas. Por fim, o co-cristal do mAb Glenzocimab e seu alvo, a proteína GPVI, foi realizado e analisado in silico e os mecanismos de inibição do mAb foram sugeridos como impedimento estérico e indução de mudança conformacional do alvo. De maneira geral, os dados aqui compilados oferecem norteamento importante para a produção de mAbs terapêuticos.

Abstract: With the dawn of hybridoma technology for the production of monoclonal antibodies and of recombinant DNA technology, recombinant antibodies engineering arises. These proteins have gained space in biomedical research over the last few years and have come to be widely used in the clinic, today making up the main pillar of protein-based therapy. In a survey carried out in 2021, the US FDA (Federal Drug Administration) had already approved more than 120 molecules of monoclonal antibodies (mAbs) for therapeutic use, while about 870 molecules are in the clinical development process. Considering the relevance of immunotherapy and aiming to develop more specific, safe, and effective therapeutic mAbs, studies focused on the development and improvement of these molecules are of paramount importance. Given the immunogenic potential of heterologous mAbs, strategies have emerged for their humanization, consequently allowing an increase in their biosecurity. Additionally, considering the close relationship between structure/function of antibodies and protein in general, studies investigating the influence of the two/three-dimensional structure of immunoglobulins on biophysical parameters and their functionality are quite relevant. Bearing that in mind, mAbs LimAb7, S1A0 and Glenzocimab, which have different therapeutic applications, were used as templates for the study of their humanization, framework regions, and mechanism of inhibition, respectively. Humanized variants of the LimAb7 antibody were successfully produced in various formats, according to different humanization criteria. Its biophysical properties were evaluated and optimized, as well as its reactivity, which remained unchanged. Additionally, the framework regions of mAb S1A0 (scFv) were mutated, and several variants produced. It was observed that these mutations generated significant gains in the physicochemical properties of these molecules. Finally, the co-crystal of mAb Glenzocimab and its target, the GPVI protein, was performed and analyzed in silico and the mechanisms of inhibition of the mAb were suggested as steric hindrance and induction of conformational change of the target. In general, the data compiled here provide important guidance to the production of therapeutic mAbs.