Medicinska biotehnologija : Nanomedicina

Cilji in kompetence

Uporaba nanodelcev za ciljno usmerjanje zdravil, in vivo vizualizacija z uporabo visoko afinitetnih vezavnih domen, klinična uporaba radioaktivnih in fluorescentinih protiteles z visoko ločljivostjo, visoko občutljivi biosenzorji, ki temeljijo na specifičnih vezavnih domenah. Medicinska tehnologija namreč temelji na možnosti uporabe molekul z visoko afiniteto in izjemno specifičnostjo. Istočasno, in vitro proizvodnja omogoča sintezo izjemno raznolikih knjižnic vezavnih domen. Predmet bo prikazal, kako načrtovati, ustvariti, uporabiti, karakterizirati in funkcijsko spremeniti vezavne domene z namenom proizvodnje reagentov za raznovrstne aplikacije.
Predmet se bo izvajal vsaki 2 leti.

Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti

/

Vsebina

• Rekombinantna protitelesa in alternativna ogrodja
• Datoteke in panning: eksperimentalna uporaba očiščenih antigenov in celic, prikaz kvasovk in bakterij
• Sekvenciranje vezavnih domen, njihova karakterizacija, kloniranje, proizvodnja
• Struktura nanodelcev, strategije za aktiviranje nanodelcev, uporaba nanodelcev v mikroskopiji in medicini, toksične lastnosti nanodelcev
• Dejavniki, ki vplivajo na in vivo biodistribucijo protiteles
• Mehanizmi celične internalizacije protiteles
• Protitelesa za vizualizacijo (PET, IR, …) in fluorescenčna protitelesa za uporabo v kirurgiji
• Radioterapija
• In vitro diagnosticiranje
• Imunoprecipitacija
• Sklopitev protiteles in aktivacija površinskih biosenzorjev, biosenzorji za AFM
• Kemično zaznavanje

Predvideni študijski rezultati

Študentje bodo spoznali principe različnih metodologij za identifikacijo specifičnih vezavnih domen, ki se nahajajo v različnih oblikah. Za to bomo uporabili tehnologijo »phage display«, tako kot tudi alternativne metode. Predstavljeni bodo biološka učinkovitost, karakterizacija, alternativne oblike prikazanja in možnosti proizvodnje rekombinantinih protiteles. Nato bodo predstavljene različne strategije za funkcijsko sklopitev nanodelcev in vezavnih domen z namenom optimizirati njihovo uporabo v medicini in vizualizaciji. Obravnavane bodo tudi možne nezaželene lastnosti nanodelcev.
Dodatno se bo predmet osredotočil na povezavo med velikostjo in avidnost protiteles, ter njihovo celično distribucijo in transport preko endosomov. Omenjeni dejavniki vplivajo na aktivnost vezavnih domen in njihovo možnost uporabe v klinične namene. Velikost protiteles je bistvenega pomena za diagnostične namene, proizvodnjo in uporabo le-teh kot biosenzorje

Temeljna literatura in viri

  • Bradbury, A.R.M.; Sidhu, S.; Dübel, S.; McCafferty, J. Beyond the natural antibodies: the power of in vitro display technologies. Nat. Biotechnol., 2011, 29, 245-254.

  • Monegal, A.; Ami, D.; Martinelli, C.; Huang, H.; Aliprandi, M.; Capasso, P.; Francavilla, C.; Ossolengo, G.; de Marco, A. Immunological applications of single domain llama recombinant antibodies isolated from a naïve library. Prot. Engineer. Des. Sel., 2009, 22, 273-280.

  • Vaneycken, I.; D’huyvetter, M.; Hernot, S.; De Vos, J.; Xavier, C.; Devoogdt, N.; Caveliers, V.; Lahoutte, T. Immuno-imaging using nanobodies. Curr. Op. Biotechnol., 2011, 22, 1-5.

  • Jain, R.K. Transport of molecules in the tumor interstitium: a review. Cancer Res., 1987, 47, 3039-3051.

  • Vosjan, M.J.; Vercammen, J.; Kolkman, J.A.; Stigter-van Walsum, M.; Revets, H.; van Dongen, G.A. Nanobodies targeting the hepatocyte growth factor: potential new drugs for molecular cancer therapy. Mol. Cancer Ther., 2012, 11, 1017-1025.

  • Oliveira, S.; Schiffelers, R.M.; van der Veeken, J.; van der Meel, R.; Vongpromek, R.; van Bergen En Henegouwen, P.M.; Storm, G.; Roovers, R.C. Downregulation of EGFR by a novel multivalent nanobody-liposome platform. J. Control. Release, 2010, 145, 165-175.

  • Shen, B.Q.: Xu, K.; Liu. L.; Raab. H.; Bhakta, S.; Kenrick, M.; Parsons-Reponte, K.L.; Tien, J.; Yu, S.F.; Mai, E.; Li, D.; Tibbitts, J.; Baudys, J.; Saad, O.M.; Scales, S.J.; McDonald, P.J.; Hass, P.E.; Eigenbrot, C.; Nguyen, T.; Solis, W.A.; Fuji, R.N.; Flagella, K.M.; Patel, D.; Spencer, S.D.; Khawli, L.A.; Ebens, A.; Wong, W.L.; Vandlen, R.; Kaur, S.; Sliwkowski, M.X.; Scheller, R.H.; Polakis, P.; Junutula, J.R. Conjugation site modulates the in vivo stability and therapeutic activity of antibody-drug conjugates. Nat. Biotechnol., 2012, 30, 184-189.

  • de Marco, A. 2014 Methodologies for the isolation of alternative binders with improved clinical potentiality over conventional antibodies. Crit. Rev. Biotech., 33(1):40-8

  • de Marco A. 2013 Co-expression and co-purification of antigen-antibody complexes in bacterial cytoplasm and periplasm. Methods Mol Biol. 1129:125-35.

  • Zou T, Dembele F, Beugnet A, Sengmanivong L, Trepout S, Marco S, de Marco A, Li M-H (2015) Nanobody-functionalized PEG-b-PCL polymersomes and their targeting study. J Biotechnology, 214:147-155

  • Crépin R, Gentien D, Duché A, Rapinat A, Reyes C, Némati F, Massonnet G, Decaudin D, Djender S, Moutel S, Desrumeaux K, Cassoux N, Piperno-Neumann S, Amigorena S, Perez F, Roman Roman S, de Marco A (2017) Nanobodies against surface biomarkers enable the analysis of tumor genetic heterogeneity in uveal melanoma Patient Derived Xenografts. Pigment Cell Melanoma Res, 30:317-327

  • Ambrosetti E, Paoletti P, Bosco A, Parisse P, Scaini D, Tagliabue E, de Marco A, Casalis L (2017) Quantification of circulating cancer biomarkers via sensitive topographic measurements on single binder nanoarrays. ACS Omega, 2:2618-2629

Načini ocenjevanja

V sklopu predmeta bodo študentje pripravili posamične projekte v pisni obliki, ki jih bodo nato ustno predstavili profesorjem in ostalim udeležencem (30%). Končni pisni izpit služil oceni razumevanja vsebin predmeta (70%).

Reference nosilca

Ario de Marco je izredni profesor s področja biotehnologije na Univerzi v Novi Gorici.

Izbrane reference:

  1. LEVI-SCHAFFER, Francesca, DE MARCO, Ario. COVID-19 and the revival of passive immunization : antibody therapy for inhibiting SARS-CoV-2 and preventing host cell infection : IUPHAR review: 31. British Journal of Pharmacology. 2021, 1-35. DOI: 10.1111/bph.15359.
  2. OLOKETUYI, Sandra, ANNOVI, Giulia, DE MARCO, Ario. Peroxidase zymograms obtained by agarose native gel electrophoresis have unmet resolution and completeness. International journal of biological macromolecules. 2020, 156:869-873. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.04.058.
  3. POPOVIC, Milica, MAZZEGA, Elisa, TOFFOLETTO, Barbara, DE MARCO, Ario. Isolation of anti-extra-cellular vesicle single-domain antibodies by direct panning on vesicle-enriched fractions. Microbial cell factories. 2018, 17:1-13. DOI: 10.1186/s12934-017-0856-9.
  4. ROMANI, Chiara, DE MARCO, Ario, et al. Evaluation of a novel human IgG1 anti-claudin3 antibody that specifically recognizes its aberrantly localized antigen in ovarian cancer cells and that is suitable for selective drug delivery. Oncotarget. 2015, 6(33):34617-34628. DOI: 10.18632/oncotarget.5315.
  5. MASSA, Paul E., PANICCIA, Aida, MONEGAL, Ana, DE MARCO, Ario, RESCIGNO, Maria. Salmonella engineered to express CD20-targeting antibodies and a drug-converting enzyme can eradicate human lymphomas. Blood. 2013, 122(5):705-714. DOI: 10.1182/blood-2012-12-474098.