การพัฒนานาโนบอดีที่จำเพาะต่อ CHRD domain ของ proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9) เพื่อใช้เป็นยาชีววัตถุเพื่อการรักษาภาวะแอลดีแอล-คอเลสเตอรอลในเลือดสูง

คอเลสเตอรอลสูงเป็นภาวะที่อันตรายต่อระบบหัวใจและหลอดเลือด พบว่าภาวะไขมันในเลือดสูงนั้นเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดโรคหัวใจขาดเลือดถึงหนึ่งในสาม และเป็นสาเหตุหนึ่งในห้าของโรคหลอดเลือดสมอง ซึ่งเป็นเหตุให้ภาวะไขมันในเลือดสูงนั้นเป็นสาเหตุของการเสียชีวิตทั่วโลกถึง 2.6 ล้านคนต่อปี ปัจจุบันพบว่าการใช้ตัวยาทางเคมีกลุ่มของ statin ที่ยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ HMG-CoA reductase ที่ใช้เปลี่ยนสารตั้งต้นในการสังเคราะห์คลอเรสเตอรอลให้กลายเป็นคลอเรสเตอรอลซึ่งสามารถลดปริมาณของคลอเรสเตอรอลได้จริงแต่ใช้ยากลุ่ม statin เป็นเวลานานพบว่าร่างกายของผู้ป่วยสามารถต่อต้านการทำงานของยาชนิดนี้ทำให้อีกทั้งยังสามารถกระตุ้นให้เกิดภาวะโรคเบาหวานอีกด้วย โปรตีนพีซีเอสเค9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9; PCSK9) เป็นโปรตีนที่เป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญของการก่อโรคคอเลสเตอรอลสูง โดยกลไกที่สำคัญเกิดจาก Pro-domain และ Catalytic domain ของ PCSK9 จะเข้าจับกับ โปรตีนตัวรับที่ทำหน้าที่ย่อยสลายไขมันบนผิวเซลล์ (low density lipoprotein receptor (LDLR)) และกระตุ้นให้ LDLR เกิดการย่อยสลายทำให้กลไกในการลดระดับคอเรสเตอรอลของร่างกายทำงานได้น้อยลง ในปี ค.ศ. 2015 PCSK9 mAb ที่ปรับปรุงเพื่อใช้งานในมนุษย์ (fully-humanized) ได้ถูกวางขายในสหรัฐอเมริกา ยุโรป และในประเทศอื่นๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการลดระดับ LDL-C ในผู้ป่วย ทั้งที่มีและไม่มีภาวะโรคหลอดเลือดหัวใจแข็งต่ำ ได้มากกว่า Statins ถึงร้อยละ 50-65 โดยการให้ยาเพียง 1-2 ครั้งต่อเดือน แต่ PCSK9 mAb อย่างไรก็ดี ยาโมโนโคลนอลชนิดนี้ยังถูกจำกัดไว้ให้ผู้ป่วย ASCVD และกลุ่มผู้มีภาวะความผิดปกติของไขมันในเลือดอันเป็นผลมาจากพันธุกรรมที่ต้องได้รับการรักษานอกเหนือจากการใช้ Statins เท่านั้น เนื่องจากราคาของ PCSK9 mAb นั้นค่อนข้างสูง   แต่ยังมีผู้ป่วยอีกเป็นจำนวนมากที่จะได้รับประโยชน์จากยาชนิดที่เป็น anti-PCSK9  ดังนั้นการพัฒนาและปรับปรุงตัวยารวมไปถึงการเปลี่ยนแปลงราคาของยานั้นจะเป็นส่วนสำคัญที่ทำให้ผู้ป่วยสามารถเข้าถึงยา anti-PCSK9  นี้ได้มากขึ้น อย่างไรก็ตามในปัจจุบันมีการค้นพบว่าสามารถทำการประยุกต์ใช้นาโนบอดี้ทำจำเพาะต่อ CHRD domain ซึ่งเป็นโดเมนบน PCSK9 ที่ทำหน้าที่ในการนำ LDLR เข้าสู่เซลล์และนำไปสู่การทำลายด้วย lysosome โดยนาโนบอดีที่เข้าจับกับ CHRD domain สามารถลดการย่อยสลายของ LDLR ได้ทั้งในการทดลอง in vitro และ in vivo

การค้นพบในปี ค.ศ. 1989 ได้เปิดเผยถึงแอนติบอดีชนิดใหม่เป็นครั้งแรกที่มีชื่อว่า Heavy-chain IgG ซึ่งสามารถพบได้ในซีรั่มของอูฐที่มีหนอกเดียว (dromedaries) และต่อมามีการพบเพิ่มด้วยในสายพันธุ์อื่นๆ ของตระกูล Camelidae รวมถึงในปลาฉลาม  แอนติบอดีเหล่านี้มีความพิเศษคือไม่มี light chain และไม่มี constant heavy domain ชิ้นแรก (CH1)  แต่มีเพียง heavy chain variable domain of heavy-chain antibody (VHH) และ constant heavy domain ชิ้นที่สองและสาม (CH2 และ CH3)    นาโนบอดี (Nanobody) คือ ชิ้นส่วนเฉพาะ VHH ซึ่งก็คือชิ้นส่วนแอนติบอดีที่มีองค์ประกอบเป็นเพียง monomeric variable antibody domain เพียงชิ้นเดียว ทำให้นาโนบอดีเป็นชิ้นส่วนแอนติบอดีที่มีขนาดเล็กที่สุดที่ยังสามารถจับกับแอนติเจนได้อย่างจำเพาะ    เนื่องจากนาโนบอดีมีขนาดเล็ก  นักวิจัยพบว่านาโนบอดีมีความเสถียร (stability) สูง  สามารถทนความร้อนได้ดีกว่าแอนติบอดีแบบ IgG  มีความสามารถในการละลาย (solubility) ดี  และยังสามารถถูกผลิตในแบคทีเรียได้ดีอีกด้วย  ทำให้สามารถลดต้นทุนการผลิตได้มาก  นาโนบอดีนับว่าเป็นวิทยาการที่ค่อนข้างใหม่  งานวิจัยที่ถูกตีพิมพ์ในเร็วๆ นี้มากมายได้แสดงถึงศักยภาพของนาโนบอดีที่ถูกนำมาประยุกต์ใช้ได้ในทั้งทางด้านไบโอเทคโนโลยีและทางด้านการแพทย์  งานวิจัยชิ้นนี้จึงมุ่งเป้าที่จะนำนาโนบอดีมาใช้ในการแก้ปัญหาเรื่องราคาของแอนติบอดีที่ใช้ในการพัฒนาชุดตรวจเหล่านี้

อย่างไรก็ดีการใช้ synthetic camelized nanobody library  นาโนบอดีเป็นแหล่งการหาแอนติบอดีแปลว่าไลบรารี่นี้มีนาโนบอดีที่สามารถจับอย่างจำเพาะกับตัวบ่งชี้ทางชีวภาพใด ๆ ก็ได้ตามที่เราต้องการ แต่ก็แปลว่าาจำเป็นต้องมีกระบวนการที่ใช้คัดเลือกนาโนบอดีที่จำเพาะกับแอนติเจนนั้น ๆ เนื่องจาก Synthetic camelized nanobody library ที่ซื้อมานั้นอยู่ในรูปแบบสำหรับการคัดเลือกด้วยเทคนิค phage display ซึ่งเป็นเทคนิคที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี2018 สำหรับ “เทคนิค phage display ของเพปไทด์และแอนติบอดี” ซึ่งนำไปสู่การค้นพบและพัฒนายาแอนติบอดีชนิดต่าง ๆ เพื่อรักษาโรคมะเร็งและโรคภูมแพ้ตนเอง (autoimmune) ข้อดีหลักของเทคนิคนี้คือเป็นเทคนิคทางอินวิโทร ทำให้สามารถคัดเลือกไลบรารี่ที่มีขนาดใหญ่เท่าใดก็ได้ อย่างไรก็ดี มีการตีพิมพ์บทความทางวิชาการว่าเทคนิคนี้มีข้อเสียหลักคือมี false positive สูงมากทำให้ขั้นตอนในการทดสอบเฟ้นหาแอนติบอดีที่มีศักยภาพสูงจำเป็นทดสอบกับตัวอย่างเป็นจำนวนมาก ทำให้มีต้นทุนสูงทั้งด้านแรงงาน เวลา และเงินทุน  จึงมีการประยุกต์ใช้เทคนิค Next Generation Sequencing (NGS) เข้ามาเสริม เพื่อลดจำนวนตัวอย่างที่ต้องทดสอบลง แต่ NGS ก็ยังมีข้อเสียเนื่องจากมีราคาสูง เพราะต้องใช้การวิเคราะห์ตัวอย่างลำดับดีเอ็นเอเป็นจำนวนมาก

          ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงใช้วิธีผสมผสานระหว่าง phage display และกระบวนการคัดเลือกทางพันธุกรรมรูปแบบใหม่ Functional Ligand-binding Identification by Tat-based Recognition of Associating Proteins” (FLI-TRAP) อันเป็นกระบวนการที่ประยุกต์ใช้งาน twin-arginine translocation (Tat) pathway ของแบคทีเรีย ซึ่งกระบวนการนี้ถูกพัฒนาโดย ผศ. ดร. ดุจเดือน วราโห (นักวิจัยหลักประจำโครงการศึกษาวิจัยนี้ซึ่งเป็นผู้พัฒนาเทคนิคนี้ขึ้นเองและได้รับการจดสิทธิบัตรในต่างประเทศ) ซึ่งระบบการคัดเลือกมีราคาถูก false positive ต่ำ เหมาะสมในการนำมาประยุกต์ใช้กับการคัดเลือกนาโนบอดี ดังนั้นคณะผู้วิจัยจึงสนใจการพัฒนาโนบอดีที่มีประสิทธิภาพสูงในการจับกับ PCSK9 ในส่วน CHRD domain ได้ดีที่สุด และ นำไปสู่การพัฒนาแนวทางใหม่ในการพัฒนาแนวทางการรักษาภาวะคอเรสเตอรอลสูงทดแทนการใช้ยากลุ่มโมโนโคลนอลแอนติบอดีต่อไป