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.
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.
\ Læs mere
\ 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).
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.
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.
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)
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.
Læs også: Kan immunsystemet helbrede alle former for kræft?
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).
