Учёные создали антитела, активирующие регенеративный потенциал стволовых клеток
Исследователи создали антитела, которые, воздействуя на стволовые клетки, способны стимулировать самовосстановление тканей в организме. Недавно запущенный в Торонто стартап AntlerA Therapeutics планирует превратить антитела в лекарственные молекулы для регенеративной медицины.
Результаты, опубликованные в онлайн журнале eLife, получены в ходе десятилетнего сотрудничества команд Садчева Сидху (Sachdev Sidhu), профессора в центре клеточных и биомолекулярных исследований им. Доннелли, и Стефана Энжерса (Stephane Angers), заместителя декана по исследованиям фармацевтического факультета им. Лесли Дэна при Университете Торонто (University of Toronto, U of T), которые создавали синтетические антитела для различных целей.
Антитела все чаще используют как лекарственные препараты благодаря их способности связываться с другими белками и влиять на их функцию в клетках. Поскольку антитела кодируются генами, они могут быть созданы в лаборатории с использованием технологий геномной и белковой инженерии. Обычно антитела вырабатываются для борьбы с инфекциями. Однако их синтетические аналоги могут стимулировать регенеративные способности организма.
Новая работа была проделана в сотрудничестве с Центром рекомбинантных антител Торонто (Toronto Recombinant Antibody Centre), соучредителем которого является Сидху, создавший обширный каталог синтетических антител для исследования и проиводства новых лекарств.
«Мы разрабатываем новые молекулы, которые были неизвестны ранее и чей потенциал для регенеративной медицины огромен», — говорит Сидху, профессор кафедры молекулярной генетики U of T и соучредитель AntlerA. «На сегодняшний день в Торонто происходит значительный подъём в исследованиях стволовых клеток и в регенеративной медицине. Сейчас идеально подходящее для нас время, чтобы коммерциализировать эти молекулы».
Как Сидху, так и Энжерс являются членами недавно запущенной инициативы прецизионной медицины (PRiME) в U of T, которая направлена на ускорение лечения, нацеленного на биологические основы болезни человека.
Антитела были разработаны для имитации ключевых факторов роста, белков Wnt, которые обычно направляют развитие стволовых клеток в ткани эмбриона. Протеины Wnt также активируют стволовые клетки для восстановления повреждённой взрослой ткани. Однако нарушения сигнального Wnt-пути ведут к повышенному риску раковых заболеваний.
Ученые давно пытались найти способ использования Wnt в качестве инструмента для активации регенерации тканей. Но эти усилия упирались в тупик из-за сложного химического строения молекул — белки Wnt прикреплены к молекулам жира (липидам), что затрудняет их выделение в активной форме.
«Люди десятилетиями пытались очистить белки Wnt и сделать из них медикаменты», — говорит Сидху. «Разработка лекарств требует дальнейшего планирования инжиниринга белковWnt. Но Wnt трудно очистить, а тем более создавать, поэтому они вряд ли станут лекарством».
Связанные липиды также препятствуют растворению белков Wnt в воде, что делает их непригодными для использования в качестве лекарственных средств, поскольку их нельзя вводить инъекционно.
Именно поэтому исследователи решили разработать антитела, которые ведут себя как Wnt, связываясь и активируя два класса рецепторов Wnt, Frizzled и LRP5/6, на поверхности клеток, а также растворимы в воде, что значительно облегчит работу с ними.
Учёные создали так называемые FLAg (Frizzled and LRP5/6 Agonists) антитела, которые могут быть разработаны для репликации любой из сотен возможных комбинаций Wnt-рецепторов. У людей существует 19 различных белков Wnt, которые могут активировать 10 Frizzled и восемь ко-рецепторов, включая LRP5/6.
Чтобы создать FLAg, Юйонг Тао (Yuyong Tao), постдокторант в лаборатории Сидху, придумал новую молекулярную конфигурацию, которая не существует в природе. В то время как природные антитела имеют два сайта связывания, что позволяет им связываться с двумя мишенями, FLAg имеют четыре, что означает, что одна молекула может распознавать несколько рецепторов одновременно и имитировать действия Wnt в организме.
При добавлении в клеточную культуру FLAg смогли заменить труднодоступный, но необходимый ингредиент в культуральной среде — белки Wnt и стимулировать образование из стволовых клеток кишечных органоидов, трехмерных шариков, которые напоминают тонкую кишку.
«Эти 3D-органоиды обладают большим потенциалом для исследований и открытия лекарств, но для их выращивания вам нужен источник белков Wnt, чтобы активировать стволовые клетки», — говорит Энжерс, чья команда представила результаты ранее в августе на знаменитой Гордоновской конференции в США. «Теперь у нас есть определенный белок, который мы можем легко получить в больших количествах и который может поддерживать рост органоидов из различных тканей».
Наиболее поразительно, что при введении мышам FLAg были способны активировать стволовые клетки кишечника, показывая, что антитела стабильны и функциональны внутри организма. Это открытие дает надежду на то, что FLAg могут быть использованы в качестве лечения синдрома раздраженного кишечника и других заболеваний для регенерации кишечной оболочки при ее повреждении. Другие варианты FLAg показывают многообещающие результаты в регенерации легких, печени и костей, а также имеют потенциал для лечения заболеваний глаз.
