Serpenteando hacia los antivenenos sintéticos | La revista científica®

W.Mientras caminan por el bosque, los humanos instintivamente escanean el suelo del bosque en busca de señales de peligro. Un susurro de hojas o una forma inesperada en la periferia hace que el corazón se acelere y envíe escalofríos por la columna. Aunque los humanos y las serpientes comparten el deseo mutuo de evitarse, las serpientes camufladas entre la maleza pueden asustar incluso a los excursionistas más vigilantes. Si bien sus ataques son defensivos, los encuentros con ciertas especies de serpientes pueden ser fatales.

Envenenamiento por mordedura de serpiente Mata a más de 100.000 personas cada año y deja a muchas más con discapacidades permanentes.¹ Los antivenenos basados ​​en anticuerpos de origen animal son los principales contraataques terapéuticos contra el envenenamiento, pero estos tratamientos tienen dos deficiencias principales: su origen no humano puede desencadenar reacciones inmunes peligrosas y no logran atacar de manera eficiente la amplia variedad de toxinas dañinas del veneno de serpiente.

“La estrategia que se utiliza actualmente para tratar las mordeduras de serpiente tiene más de 100 años”, afirmó Kartik Sunagar, genetista evolutivo del Instituto Indio de Ciencias. En un artículo publicado en Medicina traslacional científica, Sunagar y un equipo global de investigadores aplicaron tecnologías modernas para abordar este problema de salud pública de larga data. Desarrollaron un sintético anticuerpo humano que bloquea los efectos letales de una neurotoxina clave que se encuentra en varias especies de serpientes mortales.² El anticuerpo, que se une ampliamente a múltiples variantes de esta neurotoxina, ejemplifica cómo modernizar y optimizar el proceso de descubrimiento de antídotos puede ayudar a introducir terapias más seguras para las víctimas de mordeduras de serpiente.

“Este es un enfoque de vanguardia”, dijo Christiane Berger-Schaffitzel, bioquímico de la Universidad de Bristol que no participó en la investigación. “Es un ejemplo fantástico de cómo esto puede tener éxito y cómo realmente puede conducir a un anticuerpo ampliamente neutralizante, que se necesita con urgencia para muchas de las toxinas”.

Históricamente, los científicos han generado antídotos mediante inmunizar animales grandescomo caballos, ovejas, llamas y camellos, con dosis subletales de venenos de serpientes, aislando el suero de la sangre y transformando la amalgama resultante de anticuerpos en un tratamiento.³ Sin embargo, en algunos casos, el sistema inmunológico de los pacientes detecta estos anticuerpos animales como extraños, lo que desencadena la enfermedad del suero y el shock anafiláctico.

Los venenos de serpientes también son increíblemente diversos cócteles bioquímicostanto a través como dentro de las especies.^4,5 “Eso hace que sea muy complicado generar un antídoto universal”, dijo Berger-Schaffitzel. “No se puede simplemente importar antídoto de otras regiones del mundo porque debe adaptarse a las serpientes que se encuentran allí localmente”.

En su estudio, Sunagar y su equipo dieron un paso importante hacia un antídoto de amplio espectro al apuntar a una subfamilia de toxinas clave: alfaneurotoxinas de cadena larga y tres dedos (3 pies x largo).⁶ Estas proteínas letales, que se encuentran en los venenos de muchas especies de serpientes, incluidas cobras, kraits y mambas, bloquean los receptores nicotínicos de acetilcolina (nAChR) en las uniones neuromusculares, provocando parálisis y muerte.

El equipo de investigación desarrolló una plataforma totalmente sintética para explorar, a escala, el reconocimiento molecular que se produce entre el sistema inmunológico y los antígenos. Después de diseñar células de mamíferos para producir varias variantes de 3FTx-L, utilizaron la visualización en levadura para examinar una biblioteca de 100 mil millones de anticuerpos humanos sintéticos contra las toxinas para identificar aquellos con un perfil de unión amplio y fuerte. “Es posible que a los animales ni siquiera se les ocurran algunas de estas combinaciones”, dijo Sunagar. “Como es una biblioteca sintética, contiene mucha más diversidad que la que se puede encontrar en la naturaleza”.

Después de varias rondas de selección, los investigadores identificaron algunas docenas de candidatos prometedores que unían todas las variantes de 3FTx-L. Sin embargo, un anticuerpo, al que llamaron 95Mat5, destacó como el más potente. Para probar el rendimiento de su anticuerpo en células humanas, los investigadores administraron 95Mat5 junto con la variante alfa-bungarotoxina 3FTx-L. Esta toxina letal se encuentra en el veneno del krait anillado, una especie de serpiente altamente venenosa que se encuentra en Asia, incluida la India, donde trabajan Sunagar y su equipo. Su anticuerpo interfirió con la capacidad de la alfa-bungarotoxina para bloquear el nAChR, pero querían comprender la dinámica de esta interacción.

“Es un gran anticuerpo lo que han descubierto, de eso no hay duda, pero lo novedoso y la fortaleza del estudio es que entraron, hicieron estructuras cristalinas e identificaron el epítopo que está unido y podría explicar el mecanismo de acción, que es algo que rara vez se hace en el campo de los antivenenos”, dijo Andreas Laustsen-Kielbioingeniero de la Universidad Técnica de Dinamarca que no participó en el estudio.

Al observar la estructura cristalina, los investigadores descubrieron que 95Mat5 se une a la misma región de alfa-bungarotoxina que la toxina usa para unirse al nAChR. Laustsen-Kiel dijo que la información estructural sobre el reconocimiento de toxinas puede ayudar a los científicos a diseñar racionalmente los mejores anticuerpos para una toxina en particular.

Para poner a prueba su anticuerpo en animales, los investigadores preincubaron 95Mat5 con alfa-bungarotoxina e inyectaron el cóctel en ratones, los cuales sobrevivieron. Aunque este es el ensayo de referencia para probar antídotos, muchas víctimas de mordeduras de serpiente esperan horas antes de recibir un antídoto. Esto inspiró a los investigadores a realizar experimentos de rescate en los que administraron el antídoto 20 minutos (mucho tiempo para un ratón) después de envenenarlo con el veneno completo de la cobra monocelada o de la mamba negra. Mientras que los ratones no tratados murieron en tres horas, los que recibieron el anticuerpo 95Mat5 vivieron sin signos de neurotoxicidad durante al menos 24 horas.

“Este es un anticuerpo que está neutralizando serpientes venenosas en todos los continentes, lo cual es un espectro de neutralización muy amplio que no se ha visto antes”, dijo Sunagar. Sin embargo, señaló que el cóctel de anticuerpos aún necesita algunos ajustes. Si bien el tratamiento neutralizó por completo algunos venenos de serpientes, fue menos eficaz contra el envenenamiento por cobra real. Los autores plantearon la hipótesis de que esto podría deberse a otras alfaneurotoxinas y componentes distintos del 3FTx presentes en el veneno de cobra real.⁷ Sunagar señaló que todavía necesitan descubrir anticuerpos adicionales que puedan neutralizar otros ingredientes letales en los venenos de serpiente antes de poder acercarse a la creación de un antídoto universal, o al menos de amplio espectro.

Envenenamiento por mordedura de serpiente, una enfermedad tropical desatendidaafecta desproporcionadamente a las personas que viven en países de ingresos bajos y medios.⁸ “Existe una necesidad urgente de tratar esta enfermedad socioeconómica”, afirmó Sunagar. Sunagar y su equipo esperan que su marco proporcione un modelo para generar otros anticuerpos antiveneno ampliamente neutralizantes.

Laustsen-Kiel y sus colegas están utilizando métodos similares desarrollar Anticuerpos humanos contra el veneno de serpiente..^9,10 Al señalar las implicaciones más amplias de estos esfuerzos hacia las terapias basadas en anticuerpos, Laustsen-Kiel dijo: “Snakebite es un campo de juego fantástico para que los científicos ayuden a resolver una misión importante, pero al mismo tiempo, desarrollen nuevos métodos y conocimientos que puedan aplicarse ampliamente”. en el desarrollo de fármacos y conducir a mejores terapias para envenenamientos, intoxicaciones, enfermedades infecciosas y tal vez incluso otras cosas”.

Referencias

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2. Khalek IS, et al. Desarrollo sintético de un anticuerpo ampliamente neutralizante contra las α-neurotoxinas de cadena larga del veneno de serpiente. Ciencia Transl Med. 2024;16(735):eadk1867.
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6. Nirthanan S. Neurotoxinas α de tres dedos de serpiente y receptores nicotínicos de acetilcolina: moléculas, mecanismos y medicina. Farmacéutica Bioquímica. 2020;181:114168.
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10. Laustsen AH. Los antivenenos de serpientes recombinantes se acercan a la clínica. Tendencias Inmunol. 2024;45(4):225-227.