Nuevas estrategias para generar proteínas para terapias de precisión

El uso de proteínas como terapia, incluyendo anticuerpos y citoquinas, ha ido en constante aumento en las últimas tres décadas. A pesar del éxito de las bioterapias en el tratamiento de distintas enfermedades, a menudo se asocian con efectos secundarios que limitan la dosis. Por ese motivo, hay una tendencia creciente encaminada al control de la actividad bioterapéutica con estímulos internos o externos. La activación selectiva de la terapia en el lugar de interés permite mejorar tanto la seguridad como la eficacia del tratamiento, hasta llegar a incorporar antígenos que de otro modo se considerarían no farmacológicos.

El grupo de investigación ChemSynBio del Departamento de Bioingeniería de IQS School of Engineering trabaja en el desarrollo de nuevas bioterapias dirigidas a células cancerosas, combinando química biológica y sintética. Es en este grupo, donde la Dra. Roberta Lucchi llevó a cabo su tesis doctoral bajo el título Development of new strategies to generate conditionally-active proteins for precision therapies, dirigida por el Dr. Benjamí Oller Salvia, profesor coordinador del grupo ChemSynBio, y tutorizada por el Dr. Salvador Borrós.

El objetivo principal de la tesis de la Dra. Lucchi era el desarrollo de nuevas estrategias para generar proteínas condicionalmente activas con aplicaciones bioterapéuticas para tratamientos contra el cáncer. Para ello, la investigación se llevó a cabo en dos partes: la primera, centrada en el desarrollo de un fragmento de anticuerpo variable de cadena sencilla (scFv), cuya función se puede activar mediante diferentes estímulos, mientras que la segunda exploró la aplicación de herramientas de diseño de proteínas de novo para diseñar fragmentos que enmascaren diversas proteínas terapéuticas.

Para el primer objetivo, la Dra. Lucchi desarrolló un procedimiento que permitiera producir y caracterizar el scFv objetivo, para a proceder posteriormente a su inactivación reversible con diferentes máscaras. Después de seleccionar ocho sitios de conjugación, se identificó una posición que maximizaba la eficiencia del enmascaramiento, sin afectar la afinidad del scFv desenmascarado por su objetivo. Con este mutante, se evaluó la capacidad de enmascaramiento de polímeros de diferentes tamaños y naturalezas, implementando finalmente la capacidad de respuesta a dos estímulos distintos. Esta estrategia de enmascaramiento que combina química y biotecnología tiene el potencial de poder aplicarse a cualquier formato de anticuerpo, con cualquier especificidad de antígeno y con cualquier estímulo de activación.

En una segunda parte de la tesis, la Dra. Lucchi estudió la aplicación de herramientas de diseño de proteínas de novo, incluyendo herramientas de inteligencia artificial generativa, para crear bioterapias sensibles a proteasas, utilizando una mini-proteína hiperestable contra EGFR y miméticos de dos citoquinas, IL-2 e IL-21. Mediante la aplicación de diversos métodos in silico, se diseñaron diversas máscaras que interaccionan específicamente con la proteína de interés y evitan su unión con el receptor. En esta investigación, se pudo confirmar que las máscaras utilizadas permiten reducir la unión del antígeno en diversos grados, observando además la capacidad de unión posterior a la escisión proteolítica de la máscara.

Esta parte de la tesis de la Dra. Lucchi se realizó en colaboración con el grupo del Prof. Dr. David Baker del Institute for Protein Design / Howard Hughes Medical Institute de la University of Washington.

En definitiva, la tesis de la Dra. Lucchi abre el camino al diseño de nuevas estrategias para conseguir proteínas sensibles a estímulos y que se puedan utilizar para crear terapias potencialmente más seguras y eficientes.

Publicaciones relacionadas

M. C. Lucana, R Lucchi, F Gosselet, C. Díaz-Perlas, B. Oller-Salvia. BrainBike peptidomimetic enables efficient transport of antibody derivatives across brain endothelium. RSC Chemical Biology. 2024, 5, 7-11

Roberta Lucchi, Maria C. Lucana, Montserrat Escobar-Rosales, Cristina Díaz-Perlas, Benjamí Oller-Salvia, Site-specific antibody masking enables conditional activation with different stimuli, New Biotechnology, 78, 2023, 76-83

Roberta Lucchi, Jordi Bentanachs, Benjamí Oller-Salvia, The Masking Game: Design of Activatable Antibodies and Mimetics for Selective Therapeutics and Cell Control, ACS Cent. Sci. 2021, 7, 5, 724–738.

Roberta Lucchi, Sandra Prat, Maria Celia Lucana, Cristina Diaz Perlas, Benjami Oller-Salvia, Activatable Antibody Mimetics for the Selective Delivery of Therapeutics, 36^th European Peptide Symposium, January 2022

Esta tesis ha recibido financiación del Ministerio de Universidades para la Formación de Profesorado Universitario – beca FPU

Los proyectos que han conducido a estos resultados han recibido financiación de la Fundacion “la Caixa” (ID 100010434), del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Union Europea – beca Marie Sklodowska-Curie (MSCA) Nº 847648 i Nº 844441, del Ministerio de Ciencia e Innovación – AEI/10.13039/501100011033 (PID2020-117486RA-I00) y de la Asociación Española contra el cáncer AECC IDEAS211057OLLE).