Kostengünstige, auf Schaf-Antikörpern basierende Therapie gegen eine SARS-CoV-2-Infektion

Am 11. März 2020 hat die Weltgesundheitsorganisation (WHO) den Ausbruch der Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19) zum Pandemiestatus erklärt, der durch das neuartige schwere akute respiratorische Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) verursacht wurde, das erstmals entdeckt wurde Wuhan, China.

Die Pandemie dauert an, aber Impfstoffe tragen ihren Teil dazu bei, die Ausbreitung der Krankheit zu stoppen. Die derzeit verfügbaren Impfstoffe begrenzen jedoch nur die Virusübertragung und die Schwere der Krankheit; sie verhindern die Infektion nicht. Daher sind neue antivirale Strategien zur Eindämmung von COVID-19 und für eine weit verbreitete Viruskontrolle gerechtfertigt.

Rekonvaleszenten-Humanplasma war eine der ersten Therapien, die zur Kontrolle der COVID-19-Symptome eingesetzt wurden. Große Herausforderungen bei dieser Modalität waren Qualitätskontrolle und Standardisierung sowie optimale Dosierungs- und Verabreichungszeitpunkte, abgesehen vom Risiko anderer Infektionen.

Die Behandlung mit intravenösen Immunglobulinen (IVIG) könnte all diese Probleme überwinden, da es sich um steriles Plasma handelt, das von mehreren Spendern gesammelt wurde. Doch auch diese Methode stützt sich auf menschliches Material als Quelle. Daher ist die Produktion von Antikörpern tierischen Ursprungs in großem Maßstab praktikabler.

Auf Immunglobulin G (IgG) basierende Produkte aus Schafen, die als Gegengifte gegen Schlangen wirken, wurden auch zur Behandlung von Infektionskrankheiten wie Tollwut eingesetzt. Diese polyklonalen Antikörper zielen auf multiple Epitope ab und weisen zahlreiche Funktionen auf, wie z. B. – Hemmung der viralen Anheftung, virale Aggregation und Clearance aus dem Kreislauf, Aktivierung der Phagozytose und Aktivierung des Komplementsystems.

Studien: Entwicklung einer kostengünstigen, auf Schaf-Antikörpern basierenden Therapie gegen eine SARS-CoV-2-Infektion und Beitrag von Antikörpern, die spezifisch für die Proteine ​​der Spike-Untereinheit sind. Bildquelle: extender_01 / Shutterstock

Die Studium

Eine kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichte Studie Antivirale Forschung untersuchte alternative Quellen für polyklonale Antikörper gegen SARS-CoV-2, die kostengünstiger, einer behördlichen Zulassung zugänglich und weit verbreitet wären.

Hier wurde der polyklonale Schaf-Antikörper-basierte Kandidat untersucht, um eine kostengünstige Therapie gegen COVID-19 zu entwickeln.

Für diese Studie wurde SARS-CoV-2-Spike (S)-Glykoprotein im Eierstock des Chinesischen Hamsters (CHO) einschließlich eines His-Tags generiert. Zellen aus menschlichen embryonalen Nieren (HEK293) wurden sensibilisiert, um SARS-CoV-2-Untereinheiten – S1- und S2-Proteine ​​– mit einem Schaf-Fc-Tag zu produzieren.

Bindung von Schafseren an rekombinantes SARS-CoV-2-Spike-Protein in voller Länge nach Immunisierung mit Glykoprotein-Antigenen.  (a) Gliederung des Studienplans.  (b) Reaktivität von S1-immunisierten Schafen, n = 3. (c) Reaktivität von S2-immunisierten Schafen, n = 3. (d) Reaktivität von in voller Länge immunisierten Schafen, n = 6. Linien zeigen Mittelwerte mit Fehlerbalken, die den Standardfehler angeben.Bindung von Schafseren an rekombinantes SARS-CoV-2-Spike-Protein in voller Länge nach Immunisierung mit Glykoprotein-Antigenen. (a) Gliederung des Studienplans. (b) Reaktivität von S1-immunisierten Schafen, n = 3. (c) Reaktivität von S2-immunisierten Schafen, n = 3. (d) Reaktivität von in voller Länge immunisierten Schafen, n = 6. Linien zeigen Mittelwerte mit Fehlerbalken, die den Standardfehler angeben.

Ergebnisse

Nach zwei Immunisierungen mit rekombinanten SARS-CoV-2-Proteinen produzierten Schafe robuste Antikörperreaktionen. Die Antikörpertiter blieben nach anschließenden monatlichen Immunisierungen hoch.

Plasma wurde zu allen Zeitpunkten gesammelt und gepoolt und verarbeitet, um Vorräte an gereinigtem IgG zu erhalten. Gereinigtes IgG wurde dann zusammen mit affinitätsgereinigten Antikörperzubereitungen getestet.

Nach Immunisierung mit dem S-Protein voller Länge und entweder der S1- oder S2-Untereinheit wurden Antikörper beobachtet, die rekombinantes ganzes S-Protein erkannten. Antikörper, die von Schafen produziert wurden, die S2-Antikörper erhielten, zeigten niedrigere S1-spezifische Antworten. In ähnlicher Weise erzeugten S1-Antikörper geringe S2-spezifische Reaktionen.

Darüber hinaus zeigten affinitätsgereinigte Präparate eine höhere Bindung als gereinigtes IgG. Der als Reaktion auf das S-Protein in voller Länge erzeugte Antikörper zeigte das höchste neutralisierende Potenzial gegen den Wuhan-ähnlichen Stamm (IC50 Wert – 49 ng / ml). Antikörper gegen S1- und S2-Proteine ​​hatten ebenfalls neutralisierende Aktivität (IC50 Werte 1.071 bzw. 0,428 μg / ml).

Alle Präparate zeigten eine starke neutralisierende Aktivität gegen beide SARS-CoV2-Stämme; die Omicron BA.1-Variante erforderte jedoch etwa 10-fach höhere Antikörperkonzentrationen für eine optimale Wirkung.

Alle drei Antikörperpräparate lösten eine Antikörper-abhängige Komplementablagerung aus – die bei mit Volllängen-S-Protein immunisierten Schafen relativ höher war.

Zusätzlich offenbarte ein Antikörper-abhängiger Neutrophilen-Phagozytose-Assay auch, dass die S-Antikörper voller Länge eine vergleichsweise höhere Aktivität als S1-spezifische Antikörper aufwiesen. Die S2-spezifischen Antikörper zeigten jedoch eine geringere Opsonophagozytose.

Darüber hinaus zeigten S-Protein-Antikörper in voller Länge starke Reaktionen auf die Rezeptorbindungsdomäne (RBD) und S-Antigene verschiedener Varianten von SARS-CoV-2, beispielsweise Alpha, Beta und Gamma. Andererseits war das von S1 abgeleitete Präparat nur gegen die SARS-CoV-2-Mutanten aktiv, während die von S2 abgeleiteten Antikörper eine begrenzte Kreuzreaktivität aufwiesen.

Insgesamt vermittelten die S-Protein-Antikörper voller Länge im Vergleich zu den Untereinheiten-Antikörperpräparaten ein durchweg höheres Maß an Wechselwirkung, wobei die von S2 abgeleiteten Antikörper Hemmungsgrade von 50,7 % und darunter gewährten.

Die Wirksamkeit von Antikörpern bei der Prävention von COVID-19 wurde bewertet. Dazu wurden einem Hamster 24 Stunden vor der Challenge 2 mg Antikörper verabreicht. Die Befunde zeigten, dass diese Hamster im Vergleich zu den Kontrollen (verabreicht 2 ml affinitätsgereinigter Antikörper, verdünnt auf eine Konzentration von 1 mg/ml mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung) weniger Gewicht verloren. Die Gruppen, die Volllängen- oder S2-Antikörper erhielten, zeigten keinen Gewichtsverlust.

Bemerkenswerterweise war der Gewichtsverlust bei allen Kontrollen vergleichsweise signifikanter. Außerdem hatten die Kontrolltiere höhere klinische Werte.

Als die Konzentration der zirkulierenden Antikörper bewertet wurde, wurde beobachtet, dass ein Tier in den Gruppen mit dem S-Protein voller Länge und der S1-Untereinheit geringe Mengen an Antikörpern aufwies. Es wurde gefolgert, dass Tiere mit niedrigen schafspezifischen Antikörpern einen höheren Schweregrad der klinischen Erkrankung aufwiesen.

Virale RNAs, die in Rachenabstrichen getestet wurden, zeigten ähnliche Ergebnisse bei allen Tieren, denen Antikörper verabreicht wurden, im Vergleich zu den Kontrolltieren. Am achten Tag wurden jedoch deutlich niedrigere virale RNA-Spiegel bei Tieren verzeichnet, die S2-spezifische Antikörper erhielten.

Repräsentative mikroskopische Bilder der Lungen und Nasenhöhlen von Hamstern, die nach der Provokation mit SARS-CoV-2 Schaf-Antikörperpräparate erhalten haben.  Obere Reihe, Lungen-multifokale bis fleckige Bereiche der pneumonischen Konsolidierung (Pfeile) (H&E);  mittlere Reihe, Nasenhöhlenentzündung und Degeneration der Schleimhaut mit variablem Lumenexsudat (Sternchen).  Eingefügte Bilder mit höherer Vergrößerung des Nasenepithels (Vergrößerung × 800) (H&E);  untere Reihe, Nasenhöhlenfärbung für virale SARS-CoV-2-RNA in der Schleimhaut und im Lumenexsudat (in situ-Hybridisierung).Repräsentative mikroskopische Bilder der Lungen und Nasenhöhlen von Hamstern, die nach der Provokation mit SARS-CoV-2 Schaf-Antikörperpräparate erhalten haben. Obere Reihe, Lungen-multifokale bis fleckige Bereiche der pneumonischen Konsolidierung (Pfeile) (H&E); mittlere Reihe, Nasenhöhlenentzündung und Degeneration der Schleimhaut mit variablem Lumenexsudat (Sternchen). Eingefügte Bilder mit höherer Vergrößerung des Nasenepithels (Vergrößerung × 800) (H&E); untere Reihe, Nasenhöhlenfärbung für virale SARS-CoV-2-RNA in der Schleimhaut und im Lumenexsudat (in situ-Hybridisierung).

Virale RNA-Spiegel waren in den Lungen von Tieren niedriger, die vor der Herausforderung Antikörperverbindungen erhielten – dieser Befund war in der Gruppe der von S2 abgeleiteten Antikörper signifikant. SARS-CoV-2-charakteristische Lungenläsionen konnten im linken Lungenlappen und in der Nasenhöhle aller Tiere sichtbar gemacht werden. Die Lungenläsionen wurden als multifokale, koaleszierende bronchointerstitielle Pneumonie mit Konsolidierungsregionen beschrieben.

Die Nasenhöhle enthielt Exsudate – Flüssigkeit mit Entzündungszellen, und zeigte auch eine Degeneration und Nekrose der Atemwege und des Schleimhautolfaktors.

Tiere, die Antikörper in voller Länge und S2-spezifische Antikörper erhielten, hatten weniger schwere Lungenläsionen. Unterdessen war die pneumonische Veränderung in der S2-Untereinheiten-Gruppe reduziert. Die Befunde zeigten niedrigere Lungenpathologien und histologische Scores bei Tieren, die eine vorherige Antikörperbehandlung (vor der Herausforderung) erhalten hatten, als diejenigen, die eine verzögerte Antikörperbehandlung (nach der Herausforderung) erhielten.

Ein Risiko, das von Antikörpern gegen SARS-CoV-2 ausgeht, wurde angesprochen – das der Antikörper-abhängigen Verstärkung (ADE). ADE wirkt, indem es dem Virus den Eintritt in die Wirtszellen ermöglicht über der menschliche Fc-Rezeptor. Die in der vorliegenden Studie diskutierten Antikörper werden in Schafen gezüchtet und eliminieren somit ADE.

Diese Ergebnisse können von Bedeutung sein, um die COVID-19-Pandemie einzudämmen und die Bedrohung durch zukünftige Ausbrüche zu verhindern.

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