Engineering antibody fragments: replicating the immune system and beyond: [review] / La ingeniería de fragmentos de anticuerpos: imitando y expandiendo el sistema inmune: [revisión]

Since genetic engineering of humanized murine monoclonal antibodies was first demonstrated over two decades ago, antibody engineering technologies have evolved based upon an increasing understanding of the mechanisms involved in antibody generation in vivo, and a constant search for alternative routes to evolve and exploit the characteristics of antibodies. As a result, antibody engineers have devised innovative strategies for the rapid evolution and selection of antibodies and novel antibody designs (i.e., antibody fragments). Phage display, cell display and ribosome display technologies, which comprise the core of the currently available technologies for the discovery and preparation of such antibodies, are reviewed herein. This article intends to communicate the state-of-the-art technology available for the engineering of antibodies to a general readership interested in this important field. Therefore, important immunology concepts are introduced before detailed descriptions of the three antibody engineering technologies are presented in later sections. A comparison of these methodologies suggests that despite the predominance of phage display for the engineering of antibody fragments in the past 20 years, cell display and ribosome display will likely gain importance in the selection and discovery of the antibody fragments in the future. Finally, these technologies are likely to play an important role in the production of the next generation of antibody-based therapeutics.

Las tecnologías para la ingeniería de anticuerpos han evolucionado durante las últimas dos décadas, desde la demostración de la posibilidad de humanizar anticuerpos monoclonales de ratón mediante ingeniería genética, apoyadas en el creciente entendimiento de los mecanismos involucrados en la generación de anticuerpos in vivo, y en una búsqueda constante de rutas alternativas para evolucionar y explotar sus características. Es así como los ingenieros de anticuerpos han desarrollado estrategias innovadoras para la evolución y selección de anticuerpos y de novedosos diseños de anticuerpos conocidos como fragmentos de anticuerpos. Esta revisión se enfoca en tres tecnologías que comprenden el núcleo de las tecnologías actualmente disponibles para el descubrimiento y preparación de tales anticuerpos: la presentación en fagos, la presentación en células, y la presentación en ribosomas. Este artículo busca presentar el estado del arte de estas tecnologías a un grupo general de lectores interesados en este campo, por lo que inicialmente se introducen importantes conceptos de inmunología requeridos para comprender en detalle las tecnologías discutidas. Una comparación de estas metodologías para la ingeniería de anticuerpos sugiere que a pesar del dominio de las tecnologías basadas en la presentación en fagos durante los últimos 20 años, en los próximos años la presentación en células y la presentación en ribosomas probablemente ganarán importancia para la selección y descubrimiento de fragmentos de anticuerpos. Finalmente, es probable que estas tecnologías jueguen un papel importante en la producción de la siguiente generación de terapéuticos basados en anticuerpos.

Rearreglos de genes de cadenas pesadas de las inmunoglobulinas en las gammapatias monoclonales / Immunoglobulin heavy chain gene rearrangements in the monoclonal gammopathies

Las neoplasias de células plasmáticas resultan de la expansión de un clon de células B que secreta inmunoglobulinas, conocido como componente monoclonal o componente M. Las neoplasias malignas incluyen al mieloma múltiple y la macroglobulinemia de Waldenström, y la condición premaligna comprende las gammapatías monoclonales de significado incierto (MGUS). El MGUS presenta un componente monoclonal sin evidencia de mieloma múltiple, macroglobulinemia de Waldenström, amiloidosis primaria u otros desórdenes. El diagnóstico se basa en la combinación de características patológicas, radiológicas y clínicas. Aproximadamente el 25% de las gammapatías monoclonales de significado incierto desarrollarán mieloma múltiple, amiloidosis sistémica, macroglobulinemia o enfermedades linfoproliferativas malignas, indicando que sería una condición premielomatosa. El objetivo del presente trabajo es establecer la utilidad clínica de la inmunofenotipificación por citometría de flujo (CF) y la detección de clonalidad por biología molecular. Se estudiaron 32 pacientes, siete con diagnóstico de mieloma múltiple y veinticinco con gammapatía monoclonal em estudio, los cuales fueron divididos en cuatro grupos basados en los datos clínicos y los resultados de CF. Em el grupo de pacientes con CF no diagnóstica, se realizó la detección de los rearreglos de los genes de las cadenas pesadas de las inmunoglobulinas mediante reacción en cadena de la polimerasa (PCR), detectándose monoclonalidad en el 59% de los casos. El estudio de los rearreglos de los genes de las cadenas pesadas de las IgH mediante PCR incrementa la sensibilidad de detección de monoclonalidad.

Genetically engineered single-chain Fvs of human immunoglobulin against hepatitis C virus nucleocapsid protein derived from universal phage display library.

Specific single-chain Fvs (scFvs) of human immunoglobulin that specifically recognized the recombinant hepatitis C virus (HCV) nucleocapsid protein were isolated from a large phage display antibody library. This universal library of genetically engineered filamentous phagemids displayed random pairings of the variable regions of both human heavy and light chain immunoglobulin in the scFv format. Specific clones were isolated by affinity selection with purified recombinant HCV protein fused to glutathione-S-transferase (GST). The GST-specific clones were excluded by blocking the phagemid library with GST prior to the selection. After 4 rounds of selection, the HCV-reactive clones were enriched by a factor of 100,000. About 4% and 9% of the clones from rounds 4 and 5, respectively, specifically reacted to the HCV portion of the fusion protein in an enzyme immunoassay. The specificity was confirmed by specific binding inhibition with plasma from an HCV-infected individual. Nucleotide sequence analysis of 3 HCV-specific clones indicated that all 3 clones contained an almost identical VH gene sequence which was derived from the VH3 germline gene family. These clones had different VL gene sequences of the lambda type. There were some differences between nucleotide and amino acid sequences of the HCV-specific scFv genes and those of the closest matched germline genes, indicating the presence of somatic mutation. This study illustrated the feasibility of using antibody engineering technology with the universal phage display library to isolate human antibodies with predefined specificity to important microbial pathogen which may be useful for future therapeutic purpose.