开发抗SARS-CoV-2的纳米体和抗体
由严重急性呼吸综合征冠状病毒2引起的COVID-19大流行(SARS-CoV-2)，继续在全球蔓延。记录在案的病例数量已超过2.05亿年，导致430多万人死亡。病毒引起呼吸困难以及多器官损害，通过多方面的病理过程，涉及免疫系统过度活跃,微血管损伤和代谢紊乱．病毒通过将其刺突蛋白与血管紧张素转换酶结合而感染宿主。ACE2)细胞表面受体，便于进入宿主细胞。
尽管COVID-19大流行的范围是前所未有的，但研究人员通过开发一套预防和治疗策略来应对这一挑战，以对抗病毒。由于这一大流行病的紧迫性，目前正在"现实世界"环境中对个人使用研究性预防和治疗药物，同时也在临床试验中进行测试。
在预防措施中，新型冠状病毒肺炎疫苗以创纪录的速度开发，使用了新的mRNA技术，放大了宿主对SARS-CoV-2刺突蛋白的免疫反应，以增强宿主的保护。使用更多的额外疫苗传统的技术也在部署中。在治疗方法中，中和抗体出现在恢复期血浆都被调查了吗药理药物，如抗炎糖皮质激素地塞米松．
为了控制大流行，预防性疫苗一直是一个主要重点，并超过46亿年全世界都在使用这种疫苗。然而，尽管取得了巨大的进展，人们仍对潜在的“突破感染，即发生在接种疫苗的人身上的感染。突破性感染是病毒“变异”的结果，它包含突变。当突变发生在病毒突刺蛋白(疫苗用来增强宿主免疫反应的区域)时，突变尤其关键。此外，疫苗在脆弱人群中可能效果较差，包括虚弱的老年成年人．因此，治疗策略不断被探索。本文将回顾两种这样的治疗途径，广泛中和抗体(NAbs)和纳米体。
广泛中和SARS-CoV-2抗体
对抗SARS-CoV-2感染的一种治疗方法是向COVID-19患者注射抗体，以“中和”或使循环病毒失效。这涉及到NAb与病毒的高亲和力结合。这个过程通常通过 受体结合域 （ RBD )抑制病毒的刺突蛋白，阻止病毒进入宿主细胞。可以从nab中分离出来 康复的等离子体 即从感染康复的患者身上收集血浆，并作为生物制药生产。从血浆中分离抗体受到含有抗体的血浆可用性的限制。因此，nab仅在恢复期血浆中短暂存在，并且个体在其产生的抗体的类型和效力上有所不同。另一种方法是从恢复期患者的外周血中获得的寿命较长的记忆B细胞中克隆nab。
在大流行开始之前教授 Cascalho 密歇根大学外科和微生物与免疫学系的研究人员及其同事正在进行的研究 B细胞 与多种疾病状态相关的反应，包括 感染 ， 癌症 而且 移植医学 ．卡斯卡略回忆起她在大流行早期参与研究的动机:“我们觉得自己处于独特的地位，可以为了解SARS-CoV-2的免疫反应做出贡献。”
从那时起，她和她的团队一直致力于隔离、克隆和 描述小伙子 从恢复期血液B细胞来研究抗体进化的景观。他们成功地分离出了单克隆抗体，这种抗体能高效地中和SARS-CoV-2。然而，如果在抗体-病毒界面上发生病毒突变，这些nab的效力可能会丧失，因为这会降低抗体的亲和力——在越来越多的新出现的病毒变异中，这是一种可行的情况。
“解决这个问题的一种方法是广泛开发nab，它可以保留对一系列病毒变体的效力，”教授解释说 Cascalho ． 抗体是宿主抵御传染性病原体(如SARS-CoV-2)的第一道防线。因此，它们是宿主对抗感染的免疫反应的重要组成部分。我们发现大多数COVID-19患者产生了中和病毒的抗体。一些抗体非常好，是当时报道的最有效的抗体之一，在飞臼齿范围内具有一半最大的抑制浓度，”Cascalho补充道。
B细胞在感染过程中以一种动态的方式进化，这个过程被称为 体细胞hypermutation ．这一过程通过突变B细胞产生的抗体的可变结构域(IgV)序列发生。随着IgV结构域的突变，它使产生的抗体多样化，改变它们对感染原的亲和力。卡斯卡略解释说:“在COVID-19患者中，我们发现抗体在感染期间通过体细胞超突变获得了亲和力，因此对SARS-CoV-2更有效。”
然而，卡斯卡略解释说，他们观察到的抗体子集对病毒的亲和力较低，但对更广泛的变体有效，包括艾滋病病毒 武汉虎一创始人 菌株和各种突刺蛋白突变体，如 D614G ，这有助于提高delta变异的传染性。“这个广泛的nab子集高度突变，有趣的是，它是在急性SARS-CoV-2感染的时间范围内发展起来的，这段时间只有几周。相比之下，在慢性HIV感染期间，需要三年时间才能形成广泛的nab。我们还不确定为什么在SARS-CoV-2感染期间nab会迅速发展。此外，我们知道T细胞也参与清除病毒感染细胞的免疫反应，但仍在阐明细节。”
卡斯卡略正在寻求COVID-19研究的其他研究途径:“我们刚刚发表了一篇论文 纸 利用定向进化开发中和纳米体，并有一个非同行评审的预印本检测重组佐剂 新型冠状病毒蛋白疫苗 卡斯卡略对她的贡献感到满意，她有助于加深我们对SARS-CoV-2的免疫反应的理解，并开发潜在的治疗性抗体。然而，她指出，需要更大规模的合作研究和更多的机构支持:“我们拥有推进科学、快速应对挑战的专门知识，SARS-CoV-2就是一个很好的例子，并创造出很好的治疗方法。事实上，我们在2020年初夏开始研究的四个月内就有了抗体序列。但由于我们缺乏行业联系，这些发现仍然处于不确定状态，没有发挥出它们的潜力。我们希望各机构学会如何更好地支持他们的科学家，帮助将发现转移到临床环境中。”
我们将何去何从:对COVID-19的反思
在不到两年的时间里，关于SARS-CoV-2及其变体已经有了很多发现，迄今为止已经研制出了几种疫苗。利用几十年来在新疫苗技术、病毒免疫学、结构生物学和蛋白质工程研究方面取得的进展，以及临床试验操作，七种疫苗经历了快速开发、评估、制造和部署的过程。下载此应用程序可探索旨在改善COVID-19检测以及疫苗和治疗方法开发的各种解决方案。
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纳米体:小型化但多功能的SARS-CoV-2中和剂
虽然可用，基于抗体的治疗，如nab，面对 生产的挑战 并且对温度敏感。纳米体是全尺寸抗体的一种更小的变体，已成为一种替代方案，正被用作一种潜在的COVID-19治疗方法。” Nanobodies 是一种功能抗原识别分子，它最初是在骆驼、羊驼和大羊驼等哺乳动物的骆驼科动物中分离出来的。 Wai-Hong Tham ，传染病及免疫防御科联席主管 WEHI ．“纳米体之所以被称为纳米体，是因为它们的尺寸更小，因为它们 缺少轻链 存在于全尺寸抗体中。更小的尺寸赋予了纳米体许多优势，这使得它们作为治疗手段具有吸引力。这包括对目标抗原很强的亲和力和对温度和ph值的高稳定性。与传统抗体相比，在细菌、酵母和哺乳动物表达系统中生产具有成本效益和高产量。也许对呼吸道疾病最重要的是，它们的高稳定性开辟了发展它们的可能性 吸入biotherapeutics Tham解释道。
在大流行的早期，纳米体出现了强大的作用 中和 通过干扰RBD来对抗SARS-CoV-2 绑定 来 ACE2 ，包括的发展 多价的 候选人 ．然而，这些研究只证明了纳米体与SARS-CoV-2 RBD的有效性和强结合在体外．一个重要的障碍在活的有机体内纳米体的应用在于其体积小，可增加肾脏消除和清除 缩短半衰期 ．此外，由于变异进化，病毒可以逃脱纳米体的中和。为了应对这些挑战，Tham和她的团队致力于开发纳米体鸡尾酒技术在活的有机体内通过在老鼠身上测试功效。“我们了解SARS-CoV-2 变异 包括在RBD，这可能导致 抗原逃脱 ．逃跑的几率会随着 个人抗体或纳米体 Tham解释道。"相比之下，中和鸡尾酒由多个靶向病毒rbd的纳米体降低了病毒逃逸率。如果一个纳米体不能与突变的RBD结合，那么鸡尾酒中的另一个纳米体可能会保持高结合亲和力。”
Tham杠杆 噬菌体展示 这是一种高通量筛选方法，用于从重组(非传染性)SARS-CoV-2 spike和RBD免疫的羊驼中鉴定纳米体。Tham报告说:“我们分离出50个纳米体候选者，它们的结合亲和力在0.1到19 nM之间，病毒中和活性在3 nM到36 μ M之间。”接下来，四个最有希望的纳米体被融合到人IgG1 Fc结构域以增加分子量并改善药代动力学。“与Fc结构域的融合并不影响纳米体与SARS-CoV-2 RBD的结合亲和力。事实上，我们发现嵌合体保留了与野生型RBD以及各种各样的RBD变体结合的能力，在16个残基上有22个突变，”Tham总结道。最后,测试在活的有机体内是通过吸入感染SARS-CoV-2的野生型小鼠进行的。“我们发现，用我们的纳米体鸡尾酒进行预防，显著降低了SARS-CoV-2感染小鼠肺部的负担。”
Tham的方法有几个优点。该技术可以迅速适用于针对变异的SARS-CoV-2病毒。“我们已经描述了超过50个纳米体的库，因此我们有能力破译哪些库候选将对任何新兴的全球变体保持有效。此外，噬菌体显示是一种高通量技术。因此，如果我们目前库中的纳米体都不能有效对抗新出现的变体，我们可以筛选数百万个其他纳米体，以确定能够识别新型突变表位的候选体。”
此外，该策略可用于开发广泛中和的纳米体。“有 守恒的抗原表位 在SARS-CoV-1和SARS-CoV-2之间，她的一个主要中和纳米体已经针对了这种病毒。这绝对是未来一个重要的方法。”Tham总结道。
