การพัฒนานาโนบอดีที่จำเพาะต่อ Receptor binding domain ของ SARS-CoV2 เพื่อการประยุกต์ใช้เป็นยาแอนติบอดีในการรักษาโรคโควิด-19

โควิด-19 (SARS-CoV-2) เป็นไวรัสโคโรน่าสายพันธุ์ใหม่ที่ถูกค้นพบภายในปี 2019 ณ มณฑลอู่ฮั่นประเทศจีน โดยการติดเชื้อไวรัสชนิดนี้สามารถก่อโรคทางเดินหายใจเฉียบพลันอย่างรุนแรงถึงชีวิต โดยข้อมูลจากเว็ปไซต์ Worldometers (https://www.worldometers.info/coronavirus/?utm_campaign=homeAdUOA?Si)ประจำวันที่ 22 ธ.ค. 2563 แสดงให้เห็นว่ายอดผู้ติดเชื้อโคโรน่าไวรัสทั่วโลกมีมากกว่า 77 ล้านคน และ มีผู้เสียชีวิตมากกว่า 1.7 ล้านคน หนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ทำให้ไวรัสเกิดการระบาดได้อย่างรวดเร็วเนื่อง ไวรัสเกิดการกลายพันธุ์บน spike protein ในโดเมน S1 บนบริเวณที่ชื่อว่า Receptor binding domain (RBD) ซึ่งไวรัสใช้โดเมนนี้ในการจับกับโปรตีนตัวรับ Angiotensin-converting enzyme-2 (ACE2) ที่พบบนผิวเซลล์ของมนุษย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซลล์ในระบบทางเดินหายใจ  หนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ทำให้ไวรัสเกิดการระบาดได้อย่างรวดเร็วเนื่อง ไวรัสเกิดการกลายพันธุ์บน spike protein ในโดเมนที่ชื่อว่า Receptor binding domain (RBD) ซึ่งไวรัสใช้โดเมนนี้ในการจับกับโปรตีนตัวรับ Angiotensin-converting enzyme-2 (ACE2) ที่พบบนผิวเซลล์ของมนุษย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซลล์ในระบบทางเดินหายใจ โดยการเกิดปฏิสัมพันธ์ของโปรตีนทั้ง 2 ชนิดนั้นทำให้ไวรัสสามาถเกิดการรุกรานเข้าสู่เซลล์เจ้าบ้านและเกิดการเพิ่มจำนวนต่อไปได้

การสร้างวัคซีนจากโปรตีน หรือ เอ็มอาร์เอ็นเอ นับว่าเป็นการป้องกันโรคในระยะยาว แต่การผลิตวัคซีนนั้นยังมีความเสี่ยงเนื่องจากวัคซีนไม่สามารถกระตุ้นภูมิเพื่อทำลายไวรัสโคโรน่าได้อย่างฉับพลัน เนื่องจากตามกลไกการกระตุ้นภูมิและการพัฒนาแอนติบอดีให้มีประสิทธิภาพในการทำงานอย่างจำเพาะนั้นจะใช้เวลาอย่างน้อย 1-2 สัปดาห์ แต่การติดเชื้อของไวรัสโคโรน่านั้นสามารถออกอาการได้อย่างรวดเร็วภายใน 7-14 วัน นอกจากนี้งานวิจัยของมหาวิทยาลัยโทรอนโต พบว่าแอนติบอดี้สามารถไหลเวียนภายในกระแสเลือดได้ยาวนานถึง 105 วัน แต่ช่วงความเข้มข้นที่สามารถป้องกันการติดเชื้อได้ดีนั้นอยู่ในช่วง 11-30 วันหลังการติดเชื้อเท่านั้น ซึ่งผนวกกับในปัจจุบันยังมีรายงานทางการแพทย์พบว่าผู้ป่วยที่เคยได้รับการติดเชื้อ SARS-CoV-2 นั้นสามารถกลับมาติดเชื้อได้อีกครั้งหนึ่งแม้ว่าร่างกายจะสามารถสร้างภูมิคุ้มกันต่อเชื้อไวรัสชนิดนี้แล้วก็ตาม ซึ่งบ่งชี้ได้ชัดเจนว่าการใช้วัคซีนหรือการพัฒนาและการตอบสนองต่อภูมิคุ้มกันนั้นยังอาจไม่ใช่วิธีการที่สามารถปกป้องร่างกายมนุษย์ได้อย่างสมบูรณ์ ยิ่งไปกว่านั้นยังมีรายงานทางการแพทย์ได้รายงานถึงอาการของการติดเชื้อ SARS-CoV-2 ในครั้งที่ 2 นั้นมีความรุนแรงมากกว่าการติดเชื้อครั้งแรกอันเกิดมากจากกลไกที่ที่เรียกว่า antibody dependent enhancement (ADE) ซึ่งเกิดจากแอนติบอดี้ที่ร่างกายสร้างขึ้นไปจับกับตัวไวรัสโดยตรงแต่การทำงานแอนติบอดี้ไม่สามารถนำไปสู่การทำลายเชื้อไวรัสได้ โดยกลไกสำคัญสำคัญที่ทำให้เกิด ADE เกิดจาก Fc region ของแอนติบอดีไปจับ Fc receptor ของเซลล์เม็ดเลือดขาว หรือ เซลล์อื่นๆที่มีองค์ประกอบของ Fc receptor  ทำให้เหล่านี้รับแอนติบอดี้ที่จับกับ SARS-CoV-2 เข้าสู่เซลล์เพื่อทำลายด้วยวิธีต่างๆ แต่ตัวไวรัสกลับอยู่รอดได้และใช้เซลล์เหล่านี้เป็นฐานในการเพิ่มจำนวนแทน นอกจากนี้ Fc region ยังเป็นส่วนสำคัญที่เร้าให้เกิด cytokine storm ซึ่งมีโอกาสทำให้ร่างกายผู้ป่วยมีอาการทรุดลงอีกด้วย

ดังนั้น ยาที่ใช้ในการรักษาโรคโควิด-19 ก็ยังมีความจำเป็นต่อ ในปัจจุบันพบว่าการใช้ซีรัมของผู้ป่วยหลังจากการรักษามาทำการฉีดเข้าสู่ร่างกายผู้ป่วยติดเชื้อโดยตรงนั้นสามารถลดปริมาณไวรัสในร่างกายผู้ป่วยได้อย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน ซึ่งคาดว่าเกิดจากทำงานของแอนติบอดีภายในซีรัมยับยั้งการเพิ่มจำนวนของไวรัส นอกจากนี้ยังมีการรายงานจากวารสาร Nature อย่างเป็นทางการเกี่ยวกับประธานาธิบดีของประเทศสหรัฐอเมริกา โดนัลด์ ทรัมป์ ซึ่งได้รับการติดเชื้อ SARS-CoV-2 ในช่วงเดือนตุลาคม พ.ศ.2020 ได้รับการรักษาจากการติดเชื้อ SARS-CoV-2 จนหายขาดในระยะเวลาสั้น โดยตัวยาที่ใช้รักษาอาการจนหายขาดนั้นคือ cocktail ของ monoclonal antibody หลากหลายชนิดที่สามารถจดจำต่อโครงสร้างต่างๆของ SARS-CoV-2 ได้ ประกอบกับการรายงานของวารสาร CNCC make it ของประเทศสหรัฐอเมริกาเองก็ได้เผยแพร่คำพูดของ Bill Gates นักลงทุนรายใหญ่ระดับโลกที่กล่าวสนับสนุนว่ากลวิธีในการรักษาอดีตประธานาธิบดีของประเทศสหรัฐอเมริกา โดนัลด์ ทรัมป์นั้นไม่ใช่เป็นเพียงแค่การเยียวยาแต่เป็นการรักษาอย่างหายขาดที่น่าสนใจทำให้ Bill Gates ได้ประสานงานร่วมกับ Leonard Schleifer (ประธานบริษัท Regeneron Pharmaceuticals ) เพื่อทำการลงทุนในการพัฒนาโมโนโคลนอลแอนติบอดีเพื่อใช้ในการรักษา SARS-CoV-2 แต่อย่างไรก็ตามการใช้แอนติบอดีในการรักษานั้นมีราคาสูงเนื่องจากกระบวนการผลิตและการทำบริสุทธิ์ที่ซับซ้อนทำให้ตัวยาที่ถูกพัฒนามีโอกาสเข้าถึงผู้ป่วยที่มีรายได้ต่ำได้ค่อนข้างยาก นอกจากการประยุกต์ใช้โมโนโคลนอลแอนติบอดีแล้วในปัจจุบันยังมีการประยุกต์ใช้โมเลกุลที่เป็นอนุพันธ์ของแอนติบอดีชนิดต่างๆอีกด้วย โดยหนึ่งในโมเลกุลที่น่าสนใจคือ นาโนบอดี ซึ่งเป็นโดเมนขนาดเล็ก ๆ บน variable region ที่มาจาก Heavy chain only antibody จากสัตว์ตระกูลอูฐ โดยปัจจุบันได้มีการรายงานจากวารสารวิชาการชั้นนำ เช่น PNAS, Nature และ Cell ถึงการนำโมเลกุลของนาโนบอดีมาใช้ในการยับยั้งการติดเชื้อ SARS-CoV-2 โดยขัดขวางปฏิสัมพันธุ์ระหว่างการจับกันระหว่าง spike protein กับ ACE2 โดยตรง นอกจากนี้ยังพบว่าการยับยั้งการของนาโนบอดีต่อ spike protein นั้นมีหลากหลายรูปแบบ อาทิเช่น การเกิด steric hindrance ของ spike protein, การทำให้โครงสร้างทาง 3 มิติของ spike protein เปลี่ยนแปลงไป หรือ แม้กระทั้ง ไปรบกวนการจับกันของ spike protein trimer polymerization ทำให้ spike โปรตีนสูญเสียความเสถียรและนำไปสู่ประสิทธิภาพการทำงานที่ลดลง ดังนั้นงานวิจัยฉบับนี้คณะผู้วิจัยจึงสนใจการพัฒนา synthetic humanized nanobody ซึ่งเป็นโดเมนขนาดเล็ก ๆ บน variable region ที่มีคุณสมบัติในการทำงานเหมือนแอนติบอดีที่ได้รับการดัดแปลงให้มีความคล้ายกับโปรตีนของมนุษย์ซึ่งเป็นการเพิ่มข้อได้เปรียบมากกว่าการใช้นาโนบอดีปกติที่มีต้นกำเนิดมาจากอูฐเนื่องจากนาโนบอดีที่มาจากอูฐโดยตรงนั้นมีโอกาสที่ร่างกายมนุษย์กำจัดทิ้งในขณะที่ synthetic humanized nanobody นั้นถูกดัดแปลงให้มีความคล้ายกับโปรตีนในร่างกายมนุษย์มากกว่าจึงมีความเป็นไปได้ว่าสามารถคงอยู่ในร่างกายได้ยาวนานมากกว่า นอกจากนี้ยังสามารถผลิตด้วยระบบ E. coli ที่มีราคาถูกและมีความซับซ้อนต่ำกว่าแอนติบอดีเพื่อให้ตัวยาที่พัฒนานั้นสามารถเข้าถึงกลุ่มผู้ป่วยได้อย่างทั่วถึง และ มีราคาต่ำ นอกจากนี้นาโนบอดียังมีข้อได้เปรียบคือไม่มีองค์ประกอบของ Fc region ทำให้ลดความเสี่ยงในการเกิด ADE และ cytokine storm ทางผู้วิจัยจึงมีแนวคิดในการพัฒนานาโนบอดีที่จำเพาะต่อ RBD domain ของ spike protein ของไวรัสโคโรน่าเพื่อนำมาใช้ในการป้องกันการติดเชื้อในรูปแบบ passive immunity โดยจากการทดลองครั้งนี้ทางคณะผู้วิจัยคาดหวังว่าจะสามารถคัดเลือกนาโนบอดี ที่มีประสิทธิภาพสูงในการจับกับ RBD domain ของ spike protein ของ SARS-CoV-2 ได้ดีที่สุด และ นำไปสู่การสร้างยาแอนติบอดีซึ่งนับว่าเป็นยาชีววัตถุใหม่เพื่อประยุกต์ใช้ในการรักษาการติดเชื้อไวรัสโคโรน่าอย่างเฉียบพลัน รวมถึงเพื่อเป็นการสร้างยาชีววัตถุที่สามารถผลักดันเข้าสู่บัญชีนวัตกรรมของประเทศไทยทำให้สามารถผลิต และ จัดจำหน่ายตัวยาได้เองเพื่อเป็นการลดภาระค่าใช้จ่ายของประเทศอีกด้วย