Antistoffer kan designes i et reagensglas
I laboratoriet kan man simulere immunsystemet til at lave antistoffer.
Albert Fuglsang-Madsen_forsker_antistoffer

Albert Fuglsang-Madsen, en af artiklens forfattere, i laboratoriet. Forskning i antistoffer udgør en meget vigtig brik i udviklingen af fremtidens lægemidler. (Foto: KU Science).

I vores moderne samfund har vi det ganske godt. Vores levetid stiger, og der er hele tiden bedre og mere effektiv medicin mod alverdens sygdomme.

Men selvom flere sygdomme er helbredelige i dag, er der dog stadig en række problemer, som udfordrer os såsom antibiotikaresistens, autoimmune sygdomme og kræft.

Ifølge World Cancer Research Fund International har vi i Danmark det højeste antal kræfttilfælde per indbygger (hvis man kombinerer alle kræfttyper) på verdensplan.

I 2011 blev Danmark endda kaldt 'verdens kræfthovedstad' af det britiske nyhedsmedie The Telegraph.

Det er derfor vigtigt, at vi hele tiden forbedrer vores teknikker og udviklingen af medicin.

Historien kort
  • Antistoffer er kroppens våben til at bekæmpe infektioner og såkaldte antigener.
  • Traditionelt har man udsat laboratoriedyr for skadelige stoffer gennem længere tid for at udvinde antistoffer fra dem.
  • I dag kan man ved hjælp af såkaldt 'phage display' kombinere menneskeceller til at reagere på bestemte antigener og dermed producere antistoffer i reagensglas.

Der findes flere forskellige typer antistoffer

En af de nye typer af lægemidler, som i dag er i rivende udvikling, og som der satses stort på i fremtiden, er 'biologiske lægemidler' (biologics).

De indbefatter blandt andet antistoffer. Antistoffer produceres i vores immunsystem i forbindelse med bakterieinfektioner, men også når vi møder bestemte stoffer, kaldet antigener, i løbet af vores liv.

Der findes forskellige typer af antistoffer, men det er især typen 'IgG', der laves af kroppens adaptive immunsystem, der er særligt effektive, og som man bruger til terapeutiske formål.

Det beskrev vi indgående i vores første artikel om antistoffer.

Antistofbaserede lægemidler udgør langt hovedparten af de lægemidler, der er under udvikling som kræftmedicin.

Det er derfor særligt vigtigt at kende til og forstå sig på netop disse biologiske lægemidler og optimere de processer, man bruger til at udvikle dem.

antistoffer medicin udvikle lægemidler kræft

Hovedparten af de lægemidler, der er under udvikling som kræftmedicin, er antistofbaserede lægemidler. (Foto: Shutterstock)

Ny metode er lidt af en bedrift

En revolutionerende metode inden for antistofudvikling, der for alvor har haft en indflydelse på moderne lægemiddelforskning, er den såkaldte phage display-teknologi.

Denne teknologi efterligner vores immunsystem i et reagensglas, hvilket gør det muligt at designe og udvikle antistoffer helt uden at skulle immunisere dyr eller mennesker. 

Dette er noget af en bedrift!

Netop grundet metodens teknologiske overlegenhed er den blevet brugt til udviklingen af en lang række kendte lægemidler – blandt andet verdens mest sælgende lægemiddel, Humira.

Phage display – simulering af immunsystemet i et reagensglas

Fremfor at udsætte et dyr for skadelige stoffer over længere tid for at gøre dem immune - som man tradionelt har gjort i antistofproduktion - er det smart at finde en metode, der kan gøre det hurtigere og nemmere.

Det medfører samtidigt, at vi undgår at benytte produktionsdyr.

En sådan metode bruger vi for eksempel i Tropical Pharmacology Lab på Danmarks Tekniske Universitet – nemlig phage display-teknologien.

Her benyttes en samling af antistoffer, hvor der i vores tilfælde er hele 40 milliarder kombinationsmuligheder af antistoffer, som kan testes på kun få dage.

Denne store samling af antistoffer lavede man ved at kopiere antistofgenerne fra mange menneskedonorer og indsætte disse i bakteriofager, som er vira, der angriber bakterier (Figur 1).

Figur 1: Illustration af, hvordan den store bakteriofagsamling blev lavet. Antistofgener fra menneskedonorer blev kopieret og indsat i bakteriofager. (Illustration: Albert Fuglsang-Madsen)   

I stedet for at benytte os af hele antistoffer kan vi bruge netop de dele af antistoffet, som binder til det antigen, vi er interesserede i at påvirke.

Disse antigenbindende antistofdele kaldes variable regioner og sidder på yderdelen af antistoffer (se figur 2 i boksen under artiklen, hvor du også kan læse mere om de variable regioner).

Antistof-indeholdende bakteriofager hældes på glas

Når man udfører et phage display-eksperiment for at finde et antistof, starter man med, at de små antistofindeholdende bakteriofager bliver hældt ned i et glas, hvor det ønskede antigen er fasthæftet i bunden (Figur 4).

Her binder de fager, som indeholder et antistof, der kan genkende antigenet, hvorimod andre fager skylles væk.

I dette trin kan man benytte et hvilket som helst antigen. For eksempel et protein, der er til stede på overfladen af kræftceller, et toksin fra en edderkop eller et protein fra en sygdomsfremkaldende bakterie.

antistoffer_sygdom_medicin_immunforsvar_phage technology

Figur 4 viser, hvordan udvikling af antistoffer fungerer ved hjælp af phage display-teknologien. Først hælder man bakteriofagerne med de menneskelige antistofgener i et glas. Antigenerne er påhæftet på siden. Så skylder man de fager, der ikke bandt til antigenet, væk. Derefter sekventerer man de antistofgener, der gemte sig i de fager, der forblev påhæftet. De klones så ind i produktionsceller, som derpå masseproducerer antistoffet. (Illustration: Andreas Hougaard Laustsen & Albert Fuglsang-Madsen)

Processen gentages flere gange (typisk 2-4) med et bestemt antigen.

Dette svarer til, når immunsystemet producerer bedre og bedre antistoffer som reaktion på en infektion.

På denne måde kan vi altså selv styre hastigheden af antistofforbedringen og er derfor ikke afhængig af en levende organismes immunsystem.

Til sidst kan man frigøre bakteriofagerne fra glasset, isolere og sekventere deres DNA.

Dermed kan vi finde frem til, hvilket antistof-fragment der sad på bakteriofagens kappe, idet genet for antistoffragmentet findes i bakteriofagens DNA.

Når man har DNA’et for antistof-fragmentet, kan man sætte dette sammen med resten af IgG-skelettet og producere et fuldt, humant IgG-antistof ved hjælp af mammale celler.

Herved har man formået at træne et humant antistof i laboratoriet, helt uden at hverken dyr eller mennesker skal immuniseres.

En kombination af to teknologier kan udvikle antistoffer

Normalt har man enten udviklet antistoffer ved hjælp af immunisering af (transgene) dyr eller phage display-teknologi.

Men i fremtiden kunne man forestille sig en kombination af disse to teknologier, hvor transgene mus med menneskelige antistoffer udsættes for antigener, så de relevante antistofproducerende celler opformeres.

Herefter kan man oprense cellerne og klone deres variable regioner ind i bakteriofager, for på den måde at danne en samling af alle antistofgenerne, som via den forudgående immuniseringsproces allerede er blevet trænede til at genkende deres antigen.

antistoffer_sygdom_medicin_immunforsvar_lægemidler

Figur 5 viser, hvordan mus, udsat for antigener, kan kombineres med phage display-teknologien. Musene gøres immune, og deres antistofproducerende celler isoleres. Dernæst klones antistofgenerne ind i bakteriofager. Bakteriofagerne kan herefter bruges til at finde superantistoffer vha. phage display-teknikken (se Figur 4). (Illustration: Andreas Hougaard Laustsen & Albert Fuglsang-Madsen)

Vi kan udvikle bedre behandlingsmuligheder

Når man så har denne samling af særligt stærke antistoffer kan man ved hjælp af phage display-teknologien udvælge de allerstærkeste blandt de stærke.

Det svarer til, at man udvælger landsholdstruppen blandt de allerede mest trænede fodboldspillere, i stedet for at skulle udvælge nogen halvtilfældige unge fodbolddrenge og dernæst træne dem til at blive de bedste.

Det kan selvfølgelig lade sig gøre, men det kræver en del arbejde og held!

ForskerZonen

Denne artikel er en del af ForskerZonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde. Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.
ForskerZonen er støttet af Lundbeckfonden.

Efter man har fundet sit særligt gode antistof, vil man kunne producere dette ved hjælp af moderne bioteknologiske cellekultiveringsmetoder.

Disse metoder gør det muligt at producere ensartede og effektive biologiske lægemidler til en efterhånden ganske lav pris.

Antistoffer som fremtidens lægemidler

Netop fordi antistoffer kan designes til at ramme lige det lægemiddeltarget, man ønsker, har antistoffer et stort potentiale som fremtidens vigtigste lægemidler.

For tiden foregår der derfor store forskningsindsatser netop inden for antistofteknologi og -udvikling.

Dette vil forhåbentligt betyde, at vi i fremtiden vil kunne udvikle endnu bedre behandlingsmuligheder for en lang række sygdomme, som i dag er svære eller umulige at behandle.

Vi kan således gøre en aktiv indsats for at fjerne Danmarks tvivlsomme titel som verdens kræfthovedstad.

Sådan kan vi klippe-klistre i donorernes DNA

Som nævnt ovenfor kan vi bruge netop de dele af antistoffet, som binder til det antigen, vi er interesserede i at påvirke. Disse antigenbindende antistofdele kaldes variable regioner og sidder på yderdelen af antistoffer (Figur 2).

Figur 2: Skematisk repræsentation af IgG antistoffet. De variable dele i 'yderarmene' sættes sammen af en række forskellige antistofgener, der giver ophav til millioner af kombinationsmuligheder. (Illustration: Albert Fuglsang-Madsen)

Figur 2: Skematisk repræsentation af IgG antistoffet. De variable dele i 'yderarmene' sættes sammen af en række forskellige antistofgener, der giver ophav til millioner af kombinationsmuligheder. (Illustration: Albert Fuglsang-Madsen)

De variable regioner blev dannet ved, at antistofgener i donormenneskenes DNA blev klippet og klistret sammen i immunsystemets antistofproducerende celler, inden det blev klonet over i bakteriofagerne.

Hver eneste af antistoffernes kombinationsmuligheder bliver både vist som proteiner på overfladen af fagerne, som de var blevet indsat i, og samtidig er de gemt i fagernes DNA (se Figur 3).

I praksis er det ikke hele IgG-antistoffer, der er til stede på bakteriofagernes overflade, men kun den relevante del, der indeholder de antigenbindende regioner.

Figur 3: Skematisk repræsentation af en bakteriofag. De blå og grønne former viser de proteiner, der udgør bakteriofagens kappe. Man kan længst til højre se noget af et antistof, der sidder hæftet på et grønt kappeprotein. Inde i bakteriofagen er dens DNA

Figur 3: Skematisk repræsentation af en bakteriofag. De blå og grønne former viser de proteiner, der udgør bakteriofagens kappe. Længst til højre er der noget af et antistof, der sidder hæftet på et grønt kappeprotein. Inde i bakteriofagen er dens DNA, hvor blandt andet det gen, der koder for antistoffragmentet, findes. Sammenligner man bakteriofagens længde på 900 nm med en menneskelig celle, svarer det cirka til, hvad en gråand er for en blåhval. (Illustration: Andreas Hougaard Laustsen).

Videnskab.dk's manifest

5 spørgsmål, du bør stille dig selv, når du læser om forskning


Ugens Podcast

Lyt til vores ugentlige podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.