Science - February 25, 2020

Antibodies as couriers for medicines

Text:
Roelof Kleis
1

Antibodies are very specific in the intruders they attack. Jorick Bruins has used this property to make sure cancer medicines reach the right place in the body.

A breast cancer cell is attacked by antibodies. © Shutterstock

Human bodies have a very advanced immune system. Intruders are tagged by antibodies, which render them harmless and then dispose of them. These specialized proteins know exactly where they need to be because they recognize the ‘fingerprint’ of the intruder (the antigen). That capability should make them the ideal couriers for medicines.

In his PhD thesis that he defended last Friday, Jorick Bruins shows that you can use antibodies to deliver medicines. You can then send cancer medicines to the scene of the crime without affecting healthy cells.

Mushrooms

Bruins attaches the medicine to a chemical compound (an alkyne) that acts as a carrier. That carrier is then conjugated (fastened) onto one of the amino acids of the antibody (using cycloaddition). That amino acid is important: it is a tyrosine at the end of the antibody’s protein chain. It needs to be oxidized first before it can react with the carrier.

proefschrift bruins.jpg

This all sounds like a lot of work, but it is not in practice, Bruins explains enthusiastically. ‘All the necessary reactions can take place in one step with relatively simple resources.’ For example, the enzyme required to oxidize tyrosine is found in fungi. Bruins: ‘To prove it works, I bought a pack of mushrooms in Albert Heijn and extracted the enzyme from them.’

Perfectly

Bruins improved the efficiency of the process to such an extent that 95 per cent of the antibodies were carrying the medicine. As proof of principle, he performed the reaction with the known antibody trastuzumab, which recognizes breast cancer. That worked perfectly. In principle it should be easy to make variants, says Bruins. ‘You have just two variables: an antibody and a chemical group that you attach with the cycloaddition technique.’

Even so, an attempt to make one such antibody-medicine conjugate for leukaemia failed, much to Bruins’ annoyance. ‘The antibody didn’t pick out its target because a tyrosine is involved in how it recognizes the cancer cell’s fingerprint.’ Which turned out to be precisely the tyrosine that had been modified in the production process. A question of bad luck.

But Bruins has no doubts about the method’s potential. What is more, Bruins’ method is not just restricted to delivering medicines: you could also have targeted irradiation by attaching radioactive substances to the antibody.

Re:actions 1

  • Jorick Bruins

    Dag Dick,

    "Als het antilichaam bij de kankercel komt wordt de kankercel door de immuuncellen opgeruimd?" + "Als het antilichaam gemodificeerd is doordat het medicijn er aan gekoppeld is, wordt het antilichaam dan nog door de immuuncellen herkend en wordt de kankercel opgeruimd?"

    Dat is mogelijk! Je kunt, door andere eiwitten aan het antilichaam te koppelen, het immuunsysteem 'voor de gek houden' en forceren de kankercellen op te ruimen. De meeste methodes tot nu toe gebruiken echter chemokuren die specifiek naar de tumor gebracht worden (1). Hierbij speelt het immuunsysteem niet een directe rol. Wel wil ik erbij zeggen dat ik geen immunoloog ben, dus misschien dat u bij de afdeling immunologie dit zou moeten vragen.
    (1) https://en.wikipedia.org/wiki/Antibody-drug_conjugate

    "Afgezien van deze processen, hoe komt het antilichaam met het medicijn in de kankercel?"
    Dit is nog een punt van veel discussie, het gebeurt lang niet altijd namelijk. Maar het is mogelijk dat antilichamen 'binnen gelaten worden' (2). Er is ook veel onderzoek naar methodes die het antilichaam met medicijn naar de tumor brengt, om daar vervolgens het medicijn los te koppelen (3). Eenmaal los gekoppelt gaat deze erg makkelijk de cel in.
    (2) https://www.thermofisher.com/de/de/home/life-science/cell-analysis/cell-viability-and-regulation/endocytosis-exocytosis-and-phagocytosis/antibody-internalization.html
    (3) https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201800402


    "Is het medicijn gekoppeld aan een antilichaam nog werkzaam?"
    Niet direct. Maar het zit vaak gekoppelt via een tussenstukje (een linker) dat door enzymen in de cel opgebroken wordt, en vervolgens wordt het medicijn wel aktief (4).
    (4) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4596905/

    Hopelijk heeft u weer wat geleerd!

    React

resource_wageningenur_nl_forum_reactions_wrapper for object 43 of type wm_language nl_gx_webmanager_cms_core_implementation_languageimpl 2

  • Dick Verduin

    Dank voor de uitgebreide reactie en de referenties. Ik zal een en ander eens bekijken om te zien hoe effectief de beschreven processen zijn en welke verondersteld en bewezen zijn. Deze processen hebben al sinds 1969 mijn aandacht maar een mens is nooit te oud om te leren en kritisch te blijven over wat verondersteld wordt en wat bewezen is.

  • Dick Verduin

    Als het antilichaam bij de kankercel komt wordt de kankercel door de immuuncellen opgeruimd? Als het antilichaam gemodificeerd is doordat het medicijn er aan gekoppeld is, wordt het antilichaam dan nog door de immuuncellen herkend en wordt de kankercel opgeruimd? Afgezien van deze processen, hoe komt het antilichaam met het medicijn in de kankercel? Is het medicijn gekoppeld aan een antilichaam nog werkzaam? Wat is onderzoek toch leuk, ;>). Steeds meer vragen.


Re:act