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Plastikantikörper bekämpfen Giftstoffe
Forscher haben zum ersten Mal gezeigt, dass ein nichtbiologisches Molekül namens Plastik-Antikörper genau wie ein natürlicher Antikörper funktionieren kann. In Tierversuchen binden die Plastikpartikel ein Gift aus Bienenstichen und neutralisieren es; das Toxin und der Antikörper werden dann zur Leber ausgeschieden, der gleiche Weg, den natürliche Antikörper einschlagen. Forscher entwickeln jetzt Plastikantikörper für ein breiteres Spektrum von Krankheitszielen, in der Hoffnung, die Verfügbarkeit von Antikörpertherapien zu erweitern, die derzeit sehr teuer sind.
Giftiges Ziel: Das Toxin Melittin, das in diesen Fluoreszenzbildern lila markiert ist, breitet sich im ganzen Körper einer unbehandelten Maus aus, siehe unten. Der Maus oben wurde ein künstlicher Antikörper injiziert, der ebenfalls fluoreszenzmarkiert ist und an das Toxin bindet und es zur Leber transportiert. Die Ausbreitung des Toxins im gesamten Körper der behandelten Maus ist ebenfalls begrenzter, weshalb in diesem Bild weniger von ihrem Körper violett erscheint.
Seit mehr als 20 Jahren versuchen Biochemiker, die Fähigkeit von Antikörpern nachzuahmen, ihre Ziele zu erreichen, als Teil einer Strategie, um effektivere und kostengünstigere Therapeutika und Diagnostika herzustellen. Obwohl Antikörper heute im industriellen Maßstab hergestellt werden, weil sie so wichtig sind, sind die Kosten sehr, sehr hoch, sagt Kenneth Shea , Professor für Chemie an der University of California, Irvine. Das liegt daran, dass Antikörper in Tieren gezüchtet werden; Sie sind komplexe Moleküle, die nicht in einem Reagenzglas oder sogar von Bakterien hergestellt werden können. Und Antikörper sind wie andere Proteine sehr zerbrechlich. Selbst unter Kühlung halten sie nur wenige Monate. Die Frage, die sich Shea und andere seit 20 Jahren stellen, sei es möglich, sie aus kostengünstigen, abiotischen Ausgangsmaterialien herzustellen? Solche Plastik-Antikörper könnten billig hergestellt werden und dann theoretisch jahrelang im Regal stehen.
2008 zeigte Sheas Gruppe in Zusammenarbeit mit Forschern des Tokyo Institute of Technology zum ersten Mal, dass Plastikantikörper, die mit einer Technik namens Molecular Imprinting hergestellt wurden, genauso stark und spezifisch an ein Ziel binden können wie natürliche Antikörper. Beim molekularen Prägen wird ein Polymer in Gegenwart eines Zielmoleküls synthetisiert. Das Polymer wächst um das Ziel herum und prägt ihm die Form des Ziels ein. Es ist vergleichbar mit dem Anfertigen eines Gipsabdrucks von der Hand, sagt Shea.
Mit Blick auf die Eigenschaften natürlicher Antikörper hat Sheas Gruppe die Methode zur Herstellung von Polymeren angepasst, die gezielter auf große Proteine in biologischen Lösungen abzielen. Antikörper und ihre Targets passen zusammen wie ein Schlüssel in ein Schloss oder wie eine Hand in einen Gipsverband. Sie sind aber auch chemisch an ihre Targets gebunden und werden durch elektrische Wechselwirkungen angezogen. Bei den Methoden von Shea werden die Eigenschaften des Zielmoleküls untersucht und Ausgangsmaterialien ausgewählt, die eine Affinität zu diesem Ziel haben – in diesem Fall das Protein Melittin, das Toxin in Bienenstichen. Gleichzeitig sucht das Verfahren nach Ausgangsmaterialien, die nicht von anderen, häufiger vorkommenden Blutproteinen angezogen werden. Und die Gruppe achtete darauf, den Plastik-Antikörper kleiner zu machen als bisherige molekular geprägte Polymere, die zu groß waren, um vom Körper erkannt zu werden.
Der gegen Melittin gerichtete Kunststoff-Antikörper von Shea schnitt in Reagenzgläsern gut ab, aber es gab immer noch eine gewisse Skepsis, ob er in der komplexen Umgebung des Körpers funktionieren würde. Diesen Monat in Zeitschrift der American Chemical Society , beschreiben die Forscher der University of California vielversprechende Studien an Mäusen. Die Forscher befestigten verschiedene fluoreszierende Bildgebungssonden an Melittin und an dem Plastikantikörper, injizierten sie den Mäusen und beobachteten in Echtzeit, was passierte. Da die Sonden zwei verschiedene Farben hatten, konnten die Forscher beobachten, wie das Polymer sein Ziel in vivo erreichte und die beiden dann in die Leber geleitet wurden. Bei Mäusen, denen nur das Toxin und nicht das Gegenmittel verabreicht wurde, waren die Symptome der Mäuse viel schlimmer und das Toxin verteilte sich weiter im Körper.
Sie zeigen, dass diese Materialien biokompatibel sind und wirklich wie Antikörper wirken – es ist irgendwie überraschend, sagt Ken Shimizu , Professor für Biochemie an der University of South Carolina. Forscher hatten vermutet, dass der Körper die Plastikpartikel möglicherweise nicht als Antikörper erkennt und sie daher wirkungslos sind, oder dass sie mit anderen Partikeln in dem komplexen Gemisch der Blutbahn verklebt werden könnten.
Shea sagt, dass er von mehreren Pharmaunternehmen kontaktiert wurde, die daran interessiert sind, zu sehen, wie sich die Arbeit entwickelt. David Spivak , Professor für Chemie an der Louisiana State University, stimmt zu, dass die Methode eine allgemeine Strategie ist, die immer wieder funktionieren wird. Diese Partikel haben enorme Vorteile in Bezug auf Stabilität und niedrige Kosten, sagt Spivak. Ich hoffe nur, dass diese Arbeit für viele verschiedene Ziele reproduzierbar ist.
Die kalifornischen Forscher haben ihre Imprinting-Methoden mit Melittin entwickelt, weil es relativ billig und leicht zu bekommen ist und ein guter Vertreter einer Klasse kleiner Proteintoxine ist, von denen einige viel tödlicher sind. Unsere nächsten Schritte bestehen darin, ernsthafteren Giftstoffen nachzugehen, sagt Shea.