Wetenschappers van het Karolinska Institutet, Zweden, in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Oslo, Noorwegen, hebben de meest nauwkeurige afstand tussen dicht opeengepakte antigenen aangetoond om de sterkste binding aan antilichamen in het immuunsysteem te krijgen. De studie, die is gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie , kan van belang zijn voor de ontwikkeling van vaccins en immunotherapie die bij kanker worden gebruikt.

Vaccins werken door het immuunsysteem te trainen met onschadelijke mengsels van antigenen (vreemde stoffen die een reactie in het immuunsysteem veroorzaken), van een virus, bijvoorbeeld. Wanneer het lichaam vervolgens wordt blootgesteld aan het virus, het immuunsysteem herkent de antigenen die het virus bij zich draagt ​​en kan een infectie effectief voorkomen.

Vandaag, veel nieuwe vaccins maken gebruik van iets dat "deeltjesweergave" wordt genoemd, " wat betekent dat de antigenen in het lichaam worden geïntroduceerd en aan het immuunsysteem worden gepresenteerd in de vorm van deeltjes met veel antigenen die dicht op het oppervlak zijn gepakt. In sommige gevallen, deeltjesvertoning van antigenen werkt beter als een vaccin dan alleen het verstrekken van gratis antigenen; een voorbeeld is het HPV-vaccin, die beschermt tegen baarmoederhalskanker.

Antilichamen, of immunoglobulinen, misschien wel het belangrijkste onderdeel van de verdediging van het lichaam tegen infectie, binden antigenen zeer effectief. De antilichamen hebben een Y-vormige structuur waardoor elke "arm" een antigeen kan binden. Op deze manier, elk antilichaammolecuul kan gewoonlijk twee antigeenmoleculen binden.

In de huidige studie, de onderzoekers onderzochten hoe dicht en hoe ver van elkaar de antigenen gepakt kunnen worden zonder het vermogen van een antilichaam om beide moleculen gelijktijdig te binden significant aan te tasten.

"We hebben voor het eerst nauwkeurig de afstanden tussen antigenen kunnen meten die resulteren in de beste gelijktijdige binding van beide armen van verschillende antilichamen. Afstanden van ongeveer 16 nanometer zorgen voor de sterkste binding, " zegt Björn Högberg, hoogleraar bij de vakgroep Medische Biochemie en Biofysica, Karolinska Instituut, die de studie leidde.

De studie toont ook aan dat immunoglobuline M (IgM), het eerste antilichaam dat betrokken is bij een infectie, is een aanzienlijk groter bereik, dat is het vermogen om twee antigenen te binden, dan eerder gedacht. IgM heeft ook een significant groter bereik dan de IgG-antilichamen die in een later stadium van een infectie worden geproduceerd.

De technologie die de wetenschappers gebruikten, is gebaseerd op een relatief nieuwe techniek die bekend staat als DNA-origami, die sinds 2006 in gebruik is, waarmee nauwkeurige nanostructuren kunnen worden ontworpen met behulp van DNA. Echter, het is pas de laatste jaren dat wetenschappers deze techniek leren gebruiken in biologisch onderzoek. De applicatie die in het onderzoek wordt gebruikt, is nieuw ontwikkeld.

"Door antigenen op deze DNA-origamistructuren te plaatsen, we kunnen oppervlakken maken met precieze afstanden tussen de antigenen en vervolgens meten hoe verschillende soorten antilichamen eraan binden. Nu kunnen we precies meten hoe antilichamen interageren met verschillende antigenen op een manier die voorheen onmogelijk was, ", zegt Björn Högberg.

De resultaten kunnen worden gebruikt om de immuunrespons beter te begrijpen, bijvoorbeeld waarom B-lymfocyten, een type witte bloedcel, zo effectief worden geactiveerd door deeltjesvertoningsvaccins, en om betere antilichamen te ontwerpen voor immunotherapie bij de behandeling van kanker.

Het onderzoek is uitgevoerd in nauwe samenwerking met het Laboratorium voor adaptieve immuniteit en homeostase onder leiding van Jan Terje Anderson, aan de Universiteit van Oslo en het Universitair Ziekenhuis van Oslo.

"We bestuderen de relatie tussen de structuur en functie van antilichamen. Dergelijk inzicht is belangrijk wanneer we de volgende generatie vaccins en antilichamen ontwerpen voor behandeling op maat van ernstige ziekten. We zijn al lang op zoek naar nieuwe methoden die ons kunnen helpen om gedetailleerde inzicht in hoe verschillende antilichamen aan de antigenen binden De samenwerking met Björn Högberg heeft geheel nieuwe deuren geopend, ", zegt Jan Terje Andersen.