Los ligandos optimizadores son moléculas cortas de oligonucleótidos sintéticos compuestos de ADN o ARN que se unen a una molécula diana específica. Están diseñados para unirse a sus moléculas diana con una afinidad típicamente en el rango nanomolar bajo. [1] Los optimizadores se pueden utilizar como miméticos de anticuerpos en una variedad de aplicaciones, [2] [3] [4] y se han optimizado para aumentar su estabilidad, reducir su peso molecular y ofrecer una mayor escalabilidad y consistencia en la fabricación en comparación con las moléculas de aptámeros estándar . [5]
Los ligandos Optimer están compuestos de polímeros de ADN o ARN monocatenarios. Estas moléculas de ácido nucleico pueden exhibir un apareamiento de bases afín para producir secciones de ADN o ARN bicatenario dentro de las moléculas Optimer. Los ligandos Optimer forman estructuras secundarias y terciarias con apareamiento de bases interno compatible en porciones específicas del ligando cuando sea posible de acuerdo con la secuencia específica. Como no todas las bases en la secuencia Optimer serán compatibles para el apareamiento bicatenario interno, las regiones de bucle y protuberancia monocatenarias permanecerán en las estructuras secundarias y terciarias, donde los grupos aceptores y donantes de enlaces de hidrógeno están expuestos y disponibles para interactuar con el objetivo seleccionado para el acoplamiento y la unión al objetivo. [5]
La biblioteca Optimer , que se analiza para detectar aglutinantes específicos, consta de 10 14 secuencias que formarán diferentes estructuras variables dependientes de la secuencia. [6] La amplia diversidad de esta biblioteca permite la unión de dianas a una variedad de moléculas diferentes. Las moléculas Optimer pueden unirse a grietas y epítopos expuestos en dianas proteicas y celulares y pueden envolver dianas de moléculas pequeñas. [7] Esto permite una mayor variedad de dianas en comparación con la tecnología de anticuerpos tradicional , que tiene limitaciones para unirse con precisión a dianas de moléculas pequeñas. [8]
Como la tecnología Optimer proviene de aptámeros, los ligandos Optimer tienen la capacidad de funcionar como interruptores estructurales reversibles , modificando su estructura al unirse a su molécula objetivo. Esta unión y liberación reversibles del objetivo significa que el ligando Optimer se regenera y puede usarse para detección continua en tiempo real para monitoreo biológico. [9]
Desarrollados como una tecnología de aptámeros de próxima generación , los ligandos Optimer se produjeron para mejorar el rendimiento, la capacidad de fabricación y la comercialización de los aptámeros. [10] [11]
Los ligandos Optimer se seleccionan mediante un proceso de selección in vitro automatizado y de alto rendimiento . Se integran 3 plataformas de descubrimiento distintas en la plataforma Optimer para optimizar el descubrimiento según el tipo de objetivo. A partir de una biblioteca diversa de posibles ligantes de ácidos nucleicos , la biblioteca Optimer se refina y enriquece para secuencias que tienen las características de unión requeridas, incluidas la afinidad, la especificidad, la reactividad cruzada y la compatibilidad con el tampón. La población Optimer enriquecida se examina posteriormente para identificar la secuencia de ligando Optimer con mejor rendimiento.
Tras la selección de la secuencia adecuada, el Optimer identificado se somete a un proceso para determinar el fragmento de oligonucleótido mínimo dentro de esta secuencia que posee las características de unión al objetivo correctas. El Optimer se recorta para que contenga solo esta secuencia, eliminando bases de nucleótidos libres adicionales que no se unen al objetivo. Esto reduce el peso molecular del Optimer de 29 kDa a 5 kDa y aumenta la estabilidad de la molécula a través de una reducción de la entropía, ya que se elimina el movimiento adicional de los nucleótidos libres. [5] [1] [6]
Para la selección de optimizadores se utilizan tres plataformas de descubrimiento de optimizadores. [7] Cada una de las plataformas está optimizada para seleccionar optimizadores según el tipo de objetivo:
Como parte de cada proceso de descubrimiento de Optimer se realizan varias rondas de selección y contraselección. Cada proceso de descubrimiento se puede adaptar para incluir condiciones específicas de objetivo, ensayo y tampón para mejorar la selección de Optimer.
Los ligandos optimizadores se producen mediante síntesis en fase sólida . La síntesis química en fase sólida fue inventada en la década de 1960 por Robert Bruce Merrifield , por lo que recibió el Premio Nobel de Química en 1984. [17]
La síntesis en fase sólida se lleva a cabo sobre un soporte sólido colocado entre filtros, en columnas que permiten el libre paso de todos los reactivos y disolventes. [18]
La síntesis en fase sólida tiene una serie de ventajas sobre la fabricación basada en células que normalmente se utiliza para reactivos de afinidad de proteínas , como los anticuerpos:
Los ligandos Optimer son moléculas sintéticas pequeñas. Se conoce la secuencia de cada Optimer aislado, lo que garantiza la seguridad del suministro. Estos anticuerpos sintéticos son estables durante años a temperatura ambiente sin pérdida de rendimiento [19] y no requieren logística de cadena de frío . [20] Además, no son inmunogénicos. [21] [20]
La tecnología Optimer ha sido desarrollada y comercializada por Aptamer Group, que está desarrollando estos reactivos de afinidad como productos bioterapéuticos y herramientas de diagnóstico.
Los ligandos Optimer se están investigando para su uso en el descubrimiento y desarrollo de fármacos. El pequeño tamaño y el perfil de estabilidad de los ligandos Optimer combinados con la falta de inmunogenicidad confieren buenas propiedades similares a las de los fármacos a estas moléculas. De manera similar a los agentes terapéuticos con anticuerpos, los agentes terapéuticos Optimer se pueden utilizar como agonistas o antagonistas directos para el desarrollo de nuevas fracciones terapéuticas. [16] Además, los Optimers se pueden utilizar como conjugados para la administración dirigida de una variedad de cargas farmacológicas, como quimioterapéuticos , [14] agentes terapéuticos de silenciamiento génico , [22] y radionúclidos .
Se están desarrollando terapias Optimer en asociación con Cancer Research UK que pueden atacar selectivamente una falla genética clave para el tratamiento de la leucemia mielomonocítica crónica (LMMC) y otras neoplasias mieloides. [16]
Se están desarrollando terapias conjugadas Optimer en colaboración con AstraZeneca [22] y PinotBio. [14]
Se están desarrollando diagnósticos Optimer en varias plataformas, como biosensores, LFD y ELISA, para diagnósticos en el punto de atención. Las asociaciones actuales incluyen el desarrollo de LFD para COVID-19 y pruebas rápidas de antígenos en el aliento, [23] [24] [25] pruebas de biosensores para contaminantes de aguas residuales, [26] pruebas de biosensores para el monitoreo de fármacos quimioterapéuticos [2] [12] y plataformas de descubrimiento de biomarcadores para respaldar el descubrimiento de fármacos. [27]
Muchos socios están explorando los ligandos optimizadores como posibles ligandos de afinidad para su uso en bioprocesamiento y como reactivos críticos para el bioanálisis. [28] [29]