การพัฒนาแนวทางใหม่ในการยับยั้งความเป็นพิษของ Acinetobacter baumanii outer membrane protein A (AbOmpA) ด้วยการใช้นาโนบอดี้ที่จำเพาะต่อ nuclear localizing signal บนโปรตีน AbOmpA

แอนติบอดีเป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับระบบภูมิคุ้มกันของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ซึ่งในปัจจุบันนี้ได้ถูกมานำมาประยุกต์ใช้กับการแพทย์ ทั้งด้านการตรวจวินิจฉัยโรคและการรักษาโรค   แอนติบอดีชนิดที่ใช้การแพทย์นั้น มักเป็น โมโนโคลนอลแอนติบอดี (monoclonal antibody, MAbs) คือแอนติบอดีที่มีความจำเพาะต่อเอปิโทป (epitope) เดียว  เนื่องจากเป็น homogenouse population ทำให้ลดปัญหาที่เกิดจาก cross reactivity ที่มักพบในโพลีโคลนอลแอนติบอดีได้  

          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    งานวิจัยชิ้นนี้จึงมุ่งเป้าที่จะนำนาโนบอดีมาใช้ในการแก้ปัญหาเรื่องราคาของแอนติบอดีที่ใช้ในการพัฒนาชุดตรวจเหล่านี้   นาโนบอดีนับว่าเป็นวิทยาการที่ค่อนข้างใหม่  งานวิจัยที่ถูกตีพิมพ์ในเร็วๆ นี้มากมายได้แสดงถึงศักยภาพของนาโนบอดีที่ถูกนำมาประยุกต์ใช้ได้ในทั้งทางด้านไบโอเทคโนโลยีและทางด้านการแพทย์   ปัจจุบันจึงมีหลายบริษัทที่กำลังพัฒนา nanobody library เพื่อการค้าอยู่  ซึ่งนับเป็นคลังขุมทรัพย์ที่อาจมีนาโนบอดีที่จำเพาะกับแอนติเจนที่มีความสำคัญต่อการรักษาโรคอีกมากมายหลายชนิด  จึงเป็นที่น่าสนใจที่จะนำไลบรารี่เหล่านี้ เพื่อนำมาประยุกต์ใช้กับงานในหลากหลายด้าน    ข้อสำคัญอีกข้อหนึ่งคือ เนื่องจากนาโนบอดีมีขนาดเล็ก  นักวิจัยพบว่านาโนบอดีมีความเสถียร (stability) สูง  สามารถทนความร้อนได้ดีกว่าแอนติบอดีแบบ IgG  มีความสามารถในการละลาย (solubility) ดี  และยังสามารถถูกผลิตในแบคทีเรียได้ดีอีกด้วย  ทำให้สามารถลดต้นทุนการผลิตได้มาก

          อย่างไรก็ดีการใช้ nanobody library เป็นแหล่งการหาแอนติบอดีแปลว่าเราจำเป็นต้องมีกระบวนการที่ใช้คัดเลือกนาโนบอดีที่จำเพาะกับแอนติเจนที่เป็น target ที่เราสนใจ งานวิจัยนี้จึงต้องการนำเทคนิคที่ถูกพัฒนาจากงานวิจัยเดิมคือกระบวนการคัดเลือกโปรตีนที่จับกัน (เทคนิค Functional Ligand-binding Identification by Tat-based Recognition of Associating Proteins, FLI-TRAP) มาต่อยอดเป็น general platform ในการคัดเลือกนาโนบอดีที่จำเพาะกับโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับโรคที่รักษาได้ยากเพื่อใช้พัฒนาเป็นยาแอนติบอดีชนิดใหม่  โดยในการพัฒนา platform นี้ จะเลือกใช้เชื้อดื้อยาชื่อว่า Acinetobacter baumanii เป็น model system

Acinetobacter baumanii เป็นเชื้อก่อโรคที่ได้ถูกพิจารณา WHO ว่าเป็นปัญหาสำคัญระดับโลกเพราะตัวเชื้อสามารถต้านยาปฏิชีวนะทั้งหมดที่ใช้ในปัจจุบัน ในประเทศไทยพบว่ามีผู้เสียชีวิตจากเชื้อดื้อยาประมาณ 38,000 รายต่อปี จึงได้มีการให้ความสนใจในการใช้ยาชีววัตุเพื่อใช้ในการยับยั้งการติดเชื้อ A. baumanii โดยมุ่งเป้าไปที่ virulence factor ที่มีความาสำคัญต่อการดำรงชีวิตของ A. baumanii โดย outer membrane protein A (AbOmpA) ก็เป็นหนึ่งในโปรตีนที่น่าสนใจด้วยคุณสมบัติที่เอื้ออำนวยต่อการกระตุ้นภูมิและถูกจดจำด้วยแอนติบอดี้ ยิ่งไปกว่านั้น outer membrane (OM) ยังสามารถเกิดการประกอบตัวเป็น outer membrane vesicle (OMV) ที่มีการบรรจุโปรตีนที่กระตุ้นการตายของเซลล์ผู้ติดเชื้อ อีกทั้งยังง่ายต่อการลามเข้าสู่กระแสเลือด โดย AbOmpA ก็พบว่าเป็นองค์ประกอบหลักของ OMV และ OM เช่นเดียวกัน และ ภายในโครงสร้างของ AbOmpA นั้นมีองค์ประกอบของ nuclear localization signal (NLS) ที่สามารถส่งผ่าน AbOmpA เข้าสู่นิวเคลียสของเซลล์เจ้าบ้านและมีฤทธิ์เป็นพิษต่อนิวเคลียสส่งผลให้เซลล์เจ้าบ้านถูกทำลาย จึงกล่าวได้ว่า AbOmpA เป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่สนับสนุนความรุนแรงหลังจากการติดเชื้อ ดังนั้นการยับยั้งการทำงานของ AbOmpA ผ่าน NLS จึงเป็นหนึ่งในทางเลือกเพื่อลดความเป็นพิษของการติดเชื้อ A. baumanii ลง ทางคณะผู้วิจัยสนใจในการคัดเลือก nanobody ที่มีความจำเพาะต่อ AbOmpA-NLS motif ที่มีประสิทธิภาพการทำงานเหมือนแอนติบอดีโดยแต่สามารถผลิตด้วยระบบ E. coli ที่มีราคาถูกกว่าการผลิตด้วย mammalian cell โดยนาโนบอดียังมีคุณสมบัติการละลายน้ำ การเข้าทำปฏิกริยากับ hidden epitope รวมทั้งคงทนต่อสิ่งแวดล้อมได้ดีมากกว่าแอนติบอดี้ นำไปสู่การพัฒนาแนวทางใหม่ในยับยั้งความเป็นพิษย์ภายหลังการติดเชื้อ A. baumanii ดื้อยาได้ในผู้ป่วยติดเชื้อ