一种可穿透脑的纳米抗体的鉴定与体内表征

Identification and in vivo characterization of a brain-penetrating nanobody.

作者信息Y Wouters, T Jaspers, B De Strooper, M Dewilde
PMID33054787
发布时间2020-10-14
DOI10.1186/s12987-020-00226-z

实验完整度

中

包含体外结合实验、体内体温监测及多种给药途径比较,但主要终点为生理性体温变化,机制验证相对直接。缺少生化等分子机制层面的功能验证。

主要模型

TLR4−/−小鼠 抗mTfR纳米抗体(Nb62)

重点核对

纳米抗体融合蛋白的等电点(pI)经酸性肽调整至酸性范围 Nb62对嵌合TfR(小鼠顶域)的结合能力 静脉注射剂量(250 nmol/kg) 给药途径(IV、IP、SC) 体温变化作为CNS靶点参与读数的统计比较

摘要

背景:用于确定治疗药物从血液到脑转运能力的临床前模型通常是模糊的。本研究开发了一种依赖于中枢神经系统靶点参与并能对脑穿透能力进行排序的方法。该方法发现了能够通过受体介导的转胞吞作用将生物活性肽递送至脑的抗转铁蛋白受体纳米抗体。方法:将针对小鼠转铁蛋白受体的各种纳米抗体与神经降压素融合,并在小鼠中外周注射。神经降压素是一种神经肽,当存在于脑中时会引起体温过低,但本身无法从外周到达脑。连续体温测量被用作纳米抗体-神经降压素融合物在外周给药后脑穿透的读数。使用双向方差分析和Dunnett多重比较检验分析完整温度曲线。结果:一种与神经降压素偶联的抗转铁蛋白受体纳米抗体在静脉注射后引起体温下降。表位分箱表明,与非穿透性纳米抗体相比,该纳米抗体结合了不同的转铁蛋白受体表位。这种脑穿透性纳米抗体被用于表征体内低温模型。神经降压素引起的低温效应呈剂量依赖性,可用于直接比较不同给药途径和各种纳米抗体的脑暴露量。结论:该方法导致了抗转铁蛋白受体纳米抗体的发现,该抗体在外周给药后可通过受体介导的转胞吞作用到达脑。该方法可用于使用靶点参与读数评估新蛋白质的脑穿透能力。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
能否开发一种能够经受体介导转胞吞作用穿过血脑屏障的纳米抗体,并建立可靠的体内验证方法?
核心机制
纳米抗体Nb62结合小鼠转铁蛋白受体的顶域,通过受体介导的转胞吞作用穿过血脑屏障,将融合的神经降压素递送至脑,激活下丘脑神经元上的NTSR1受体,引起体温降低。
主要证据
在TLR4−/−小鼠中,Nb62融合神经降压素静脉注射后引起体温显著下降(p=0.004),而阴性对照无此效应;表位分箱显示Nb62结合嵌合TfR的小鼠顶域,且作用呈剂量依赖性。
研究意义
该研究提供了一种无创、可重复使用动物的体内筛选方法,可用于评估和优化脑穿透纳米抗体,并可能扩展至其他受体介导转胞吞靶点的验证。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

抗mTfR纳米抗体的生成与筛选

获取能结合小鼠转铁蛋白受体的纳米抗体库并筛选特异性克隆

免疫羊驼,构建纳米抗体噬菌体文库,通过两轮液相筛选富集抗mTfR纳米抗体,再用AlphaScreen筛选结合克隆,并序列分簇。

2

体外结合与表位分析

确认纳米抗体的结合特性并识别潜在的关键表位

使用生物层干涉技术测定纳米抗体与mTfR及嵌合TfR的结合,并通过ELISA评估突变体结合能力。

3

体内脑穿透筛选

验证纳米抗体是否能穿过血脑屏障并递送神经降压素至脑

给小鼠静脉注射纳米抗体-神经降压素融合蛋白,通过Anipill系统连续监测体温变化。

4

剂量依赖性验证

评估体温降低效应与剂量之间的关系

分别通过脑室内注射(ICV)不同剂量NT和静脉注射不同剂量Nb62,比较体温变化。

5

结构-功能分析

通过突变体筛选更有效的脑穿透纳米抗体

对Nb62的CDR3区进行饱和突变,生成突变体,通过ELISA测定结合亲和力,并体内注射比较体温降低效果。

6

给药途径比较

比较不同外周给药途径对脑暴露的影响

分别通过静脉(IV)、腹腔(IP)和皮下(SC)注射Nb62,监测体温变化曲线。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证分子表达变化
评估体内效果

产品清单

实验环节名称品牌货号
重组小鼠转铁蛋白受体蛋白Sino Biological50741-M07H-100
AlphaScreen组氨酸检测试剂盒Perkin Elmer6760619
Phusion高保真PCR试剂盒Thermo ScientificF553S
QIAquick凝胶回收试剂盒Qiagen28704
QIAquick PCR纯化试剂盒Qiagen28104
Octet RED96生物分子相互作用分析仪Forté Bio/Molecular Devices--
链霉亲和素生物传感器Forté Bio/Molecular Devices18-5020
Nunc maxisorp 96孔板Thermo Fisher44-2404-21
抗FLAG M2单克隆抗体SigmaF3165
辣根过氧化物酶标记的山羊抗小鼠抗体DAKOP0447
EnVision多功能酶标仪Perkin Elmer--
Anipill植入式遥测系统BodyCap--
利多卡因----
异氟烷----
生理盐水----
Hamilton微量注射器----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
抗mTfR纳米抗体的生成
免疫方案:100 µg首次,70 µg随后5次,皮下注射;TfR来源:Sino Biological
阅读提示:Materials and methods: Nanobody library generation
体外结合分析
生物素化TfR浓度(1 µg/ml),纳米抗体浓度(100 nM),ELISA包被量(0.1 µg/孔)
阅读提示:Materials and methods: In vitro binding
体内筛选模型
TLR4−/−小鼠品系;Anipill植入时间(实验前至少1周);抗生素?文中未明确说明
阅读提示:Materials and methods: Animals; Anipill implantation
给药剂量
IV注射剂量:250 nmol/kg;ICV注射剂量:5和10 pmol NT
阅读提示:Results; Figures 2-5
给药途径比较
IV、IP、SC注射体积(100-180 µl)和剂量(250 nmol/kg)
阅读提示:Materials and methods: IV/IP/SC injections; Figure 5
统计方法
双因素ANOVA及Dunnett多重比较检验;各组样本量n=3(除ICV 10 pmol组n=2)
阅读提示:Abstract Methods; Figure legends