Knobs-into-Holes Engineering Enables Assembly of Bispecific Anti-HER2/Anti-HER3 Antibodies in Transient Plant Expression System

غالبًا ما يعتمد علاج السرطان على الأجسام المضادة، وهي بروتينات تشبه حرف Y وتعمل كمفاتيح عالية التخصص. صُممت هذه المفاتيح لتناسب أقفالًا موجودة على سطح الخلايا السرطانية، مما يؤدي إلى حجب الإشارات التي تخبر الورم بالنمو أو البقاء. لسنوات، ركز العلماء على إنشاء أجسام مضادة تستهدف نوعًا واحدًا فقط من الأقفال. ومع ذلك، فإن الخلايا السرطانية ذكية؛ إذ يمكنها غالبًا إيجاد طرق للالتفاف على حصار واحد، مما يؤدي إلى فشل العلاج. ولحل هذه المشكلة، يحاول الباحثون الآن بناء أجسام مضادة "ثنائية الخصوصية". هذه الجزيئات المهندسة يمكنها الإمساك بقفلين مختلفين في نفس الوقت، مما يؤدي فعليًا إلى تعطيل خطوط اتصال الخلية السرطانية في مكانين معًا. وبينما يحمل هذا النهج وعودًا كبيرة، فإن صنع هذه الجزيئات المعقدة أمر صعب؛ ففي التصنيع التقليدي، غالبًا ما تختلط أجزاء الجسم المضاد، وتتصل ببعضها في تركيبات خاطئة، مما ينتج منتجات عديمة الفائدة.

وجد فريق من الباحثين في جامعة تشونغ آنغ ومعهم متعاونون طريقة جديدة لبناء هذه المفاتيح مزدوجة الاستهداف باستخدام النباتات. لقد ركزوا على قفلين محددين يوجد في بعض أنواع سرطان الثدي، يُعرفان باسم HER2 وHER3. عندما يتحد هذان القفلان، فإنهما يرسلان إشارة قوية تساعد السرطان على النمو ومقاومة العلاجات القياسية. أراد العلماء إنشاء جسم مضاد واحد يمكنه الارتباط بكل من HER2 وHER3 في وقت واحد. وللقيام بذلك، لجأوا إلى طريقة تسمى هندسة "النتوء في الثقب" (Knobs-into-Holes). تخيل محاولة تركيب قطعتي أحجية معًا؛ إذا كان لكل قطعة نفس الشكل، فقد تتصل بقطعة أخرى من نوعها بدلًا من الشريك المقصود. قام الباحثون بتعديل أجزاء الجسم المضاد بحيث يكون لأحد الجوانب "نتوء" بارز وللآخر "ثقب" مطابق. هذا التصميم يجبر سلسلتي الجسم المضاد المختلفتين على الاقتران بشكل صحيح، مما يمنعهما من التكتل مع نوعهما الخاص.

أدخل الفريق التعليمات الجينية لهذه الأجزاء المعدلة من الأجسام المضادة في بكتيريا تربة شائ Bee شائعة تسمى Agrobacterium. ثم استخدموا هذه البكتيريا لإيصال التعليمات مباشرة إلى أوراق نبات يسمى Nicotiana benthamiana، وهو قريب لنبات التبغ الذي يُستخدم غالبًا في الأبحاث. هذه العملية، المعروفة باسم التعبير المؤقت، تسمح لخلايا النبات بأن تعمل مؤقتًا كمصانع صغيرة، حيث تقرأ الحمض النووي وتنتج البروتين. اختبر الباحثون خلطات مختلفة من تعليمات الأجسام المضادة لمعرفة أي نسبة أنتجت أفضل النتائج. ووجدوا أنه عندما خلطوا التعليمات بنسبة محددة، نجحت خلايا النبات في تجميع الجسم المضاد المعقد مزدوج الاستهداف. وبحلول اليوم السابع بعد الحقن، وصل إنتاج البروتين إلى ذروته.

وللتأكد من أن النبات قد صنع بالفعل الجسم المضاد الصحيح، استخرج العلماء البروتينات من الأوراق وحللوها. استخدموا تقنية تفصل البروتينات حسب حجمها، والتي أظهرت أن النبات قد أنتج جزيئًا بالوزن المتوقع تمامًا لجسم مضاد مقترن بشكل صحيح. كان هذا الجزيء أثقل من جزء واحد من الجسم المضاد وأخف من جسمين مضادين منفصلين ملتصقين معًا، مما أثبت أن السلسلتين المختلفتين قد انضمتا لتشكيل بنية واحدة موحدة. قام الفريق بتنقية الجسم المضاد من عصارة النبات باستخدام عمود يعمل مثل المغناطيس لهذا النوع المحدد من البروتين. كان المنتج النهائي نظيفًا وجاهزًا للاختبار.

بعد ذلك، تحقق الباحثون مما إذا كان الجسم المضاد المصنوع من النبات يمكنه القيام بعمله بالفعل. وضعوا الجسم المضاد في تلامس مع عينات تحتوي على بروتين HER2 وبروتين HER3. أظهرت الاختبارات أن الجسم المضاد نجح في الإمساك بكلتا الهدفين؛ فقد ارتبط بقوة بـ HER3 وتمسك بـ HER2، مما أكد أن الجزيء احتفظ بقدرته على التعرف على كلا قفلي السرطان رغم الهندسة المعقدة المطلوبة لبنائه. لفهم سبب بقاء الجسم المضاد متماسكًا بشكل جيد، استخدم الفريق محاكاة حاسوبية لنمذجة بنية الجزيء. أظهرت هذه المحاكاة أن تصميم "النتوء والثقب" خلق اتصالًا مستقرًا كان أقوى بكثير من الاتصالات التي تشكلها الأجزاء غير المعدلة. واقترحت النماذج الحاسوبية أن هذا الاقتران المحدد كان مفضلًا طاقيًا، مما يعني أن الجزأين يرغبان طبيعيًا في البقاء معًا بالطريقة التي أرادها العلماء.

توضح هذه الدراسة أن النباتات يمكن استخدامها كمصانع فعالة لإنتاج هذه الأجسام المضادة المعقدة، "اثنان في واحد". ومن خلال الجمع بين استراتيجية "النتوء في الثقب" والإنتاج القائم على النبات، تمكن الباحثون من تجاوز المشكلة الشائعة المتمثلة في اختلاط الأجزاء بشكل غير صحيح. وتشير النتائج إلى أن هذه الطريقة يمكن أن تكون مسارًا قابلًا للتطبيق لإنشاء علاجات جديدة للسرطان تكون فعالة وأقل تكلفة في الإنتاج أيضًا مقارنة بتلك المصنوعة في الخلايا الحيوانية. ويؤكد هذا العمل أن النظام النباتي يمكنه التعامل مع المهمة المعقدة لتجميع جسم مضاد ثنائي الخصوصية، مما يفتح الببواب أمام تطورات مستقبلية في الأدوية المصنوعة من النباتات.