Development of HR1 SARS-CoV-2 spike protein specific nanobody for SARS-CoV-2 infection treatment

ไวรัสโคโรน่าสายพันธุ์ 2019 (SARS-CoV-2) เป็นไวรัสโคโรน่าสายพันธุ์ใหม่ที่เกิดการระบาดเริ่มต้นจากมณฑลอู่ฮั่น ประเทศจีน และเกิดการลุกลามระบาดทั่วโลก       ปัจจุบันพบว่ามีผู้ติดเชื้ออย่างน้อย 53 ล้านรายและเสียชีวิตมากกว่า 1.3 ล้านราย โดยการระบาดอย่างรวดเร็วเกิดจากการปรับเปลี่ยนกรดอะมิโนบนโปรตีนของโคโรน่าไวรัสโดยเฉพาะอย่างยิ่งบน spike protein ที่ใช้ในการจับกับ Angiotensin converting enzyme-2 (ACE-2) ของเซลล์มนุษย์ได้ดีมากยิ่งขึ้น โดย spike protein นั้นประกอบด้วยโดเมนที่สำคัญ 2 ส่วน ได้แก่ 1. S1 subunit ที่มีองค์ประกอบของ Receptor binding domain (RBD) ที่ใช้ในการจับกับ ACE-2 โดยตรง และ 2. S2 subunit ซึ่งประกอบไปด้วยโดเมนที่สำคัญได้แก่ HR1 และ HR2 domain โดยทั้ง S1 และ S2 นั้นจัดเป็นองค์ประกอบที่สำคัญในการรุกรานของไวรัสเข้าสู่เซลล์โดยเริ่มจาก RBD domain บน S1 sub unit เข้าจับกับ ACE-2 ของผิวเซลล์เป้าหมายหลังจากนั้น spike protein จะเปลี่ยนแปลงรูปร่างทางสามมิติทำให้ S2 subunit บิดตัวออกมาสู่สิ่งแวดล้อมภายนอกและง่ายต่อการถูกตัวด้วยโปรตีน TMPRSS2 ที่มีคุณสมบัติเป็นโปรติเอสโปรตีน เพื่อใช้ในการตัด S1 และ S2 subunit ออกจากกัน และทำให้ S2 subunit เกิดการสร้างโครงสร้างทาง 3 มิติที่เรียกว่า 6-helix bundle (6-HB) โดยการเหนี่ยวนำของ HR1 และ HR2 domain mอยู่ในโครงสร้างของ S2 subunit และ ด้วยโครงสร้าง 6-HB นี้จะกระตุ้นให้เยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์เจ้าบ้านเกิดการคอดตัวเข้าหากันและทำให้ไวรัสโคโรน่าสามารถแทรกตัวรุกรานเข้าสู่เซลล์ได้ ปัจจุบันมีงานวิจัยที่ให้ความสนใจในการยับยั้ง S2 subunit โดยเฉพาะ HR1 domain ซึ่งเป็นโดเมนอนุรักษ์ของลำดับกรดอะมิโน ด้วยการใช้ชีววัตถุชนิดต่างๆ อาทิเช่น เพปไทด์สายสั้นๆ หรือ การใช้แอนติบอดี้ที่จำเพาะต่อโดเมนดังกล่าว

    สำหรับการใช้ยาแอนติบอดีในการรักษาโรคโควิด-19 นั้น เมื่อวันที่ 10 พ.ย. 2563 ที่ผ่านมานี้ ก็ได้มีประกาศว่าสำนักงานอาหารและยาของสหรัฐ หรือ FDA ได้อนุมัติให้ใช้ Bamlanivimab ของบริษัทยา Eli Lilly ซึ่งเป็นแอนติบอดีไว้ในการรักษา COVID-19 ในกรณีฉุกเฉิน ซึ่งจะทำให้เป็นยารักษาตัวแรกที่ได้รับอนุมัติ หลังจากที่บริษัทได้มีการทดลองขั้นสุดท้ายเมื่อเดือนตุลาคมที่ผ่านมา  โดยในช่วงที่ผ่านมาบริษัทได้นำแอนติบอดีทดลองรักษาผู้ป่วยอายุ 12 ปี และผู้ป่วยผู้สูงอายุที่มีอาการติดเชื้อจาก COVID-19 และมีความเสี่ยงที่จะมีอาการรุนแรงมากขึ้นผ่านทางเส้นเลือดดำ ผลของการทดลองนั้นพบว่าแอนติบอดีของ Eli Lilly นั้นลดจำนวนของไวรัส ทำให้อาการผู้ป่วยดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด นอกจากนี้บริษัทยังได้กล่าวว่าแอนติบอดีของบริษัทนั้นจะเป็น 1 ทางเลือกที่จะช่วยลดอัตราผู้ติดเชื้อที่เข้ารักษาในโรงพยาบาลลง จึงนับว่าเป็นข่าวดีที่ยาแอนติบอดีร่วมกับวัคซีนสามารถเป็นความหวังให้กับประชาคมโลกในการลดการแพร่กระจายและความสูญเสียต่อชีวิตและเศรษฐกิจที่เกิดจากการแพร่ระบาดของโรคโควิด-19 นี้

    อย่างไรก็ดียาแอนติบอดีนั้นมักมีราคาสูงมาก เนื่องจากมีกระบวนการผลิตที่ซับซ้อนและต้นทุนการผลิตที่สูงเพราะผลิตจาก mammalian cell ทำให้ยาชีววัตถุที่ได้มีราคาแพงมากเกินกว่าที่ผู้มีรายได้ต่ำถึงปากลางสามารถเข้าถึงกการรักษาได้ อีกทั้งการใช้วัคซีนเองก็ไม่อาจสามารถทำการรักษาผู้ป่วยติดเชื้ออย่างเฉียบพลันได้เนื่องจากต้องรอการกระตุ้นภูมิของร่างกาย ดังนั้นงานวิจัยฉบับนี้คณะผู้วิจัยจึงสนใจการพัฒนาโนบอดี้ซึ่งเป็นโดเมนขนาดเล็ก ๆ บน variable region ที่มีคุณสมบัติในการทำงานเหมือนแอนติบอดี แต่สามารถผลิตด้วยระบบ E. coli ที่มีราคาถูกและมีความซับซ้อนต่ำกว่าแอนติบอดี ทั้งนี้เพื่อให้ได้ตัวยาชีววัตถุที่พัฒนานั้นสามารถเข้าถึงกลุ่มผู้ป่วยได้อย่างทั่วถึง และ มีราคาต่ำ ทางผู้วิจัยคาดหวังว่าจะสามารถคัดเลือก nanobody ที่มีประสิทธิภาพสูงในการจับกับ HR1 domain ได้ดีที่สุด และ นำไปสู่การสร้างชีววัตถุใหม่เพื่อประยุกต์ใช้ในการรักษาการติดเชื้อไวรัสโคโรน่าอย่างเฉียบพลัน รวมถึงเพื่อเป็นการสร้างชีววัตถุที่สามารถผลักดันเข้าสู่บัญชีนวัตกรรมของประเทศไทยทำให้สามารถผลิต และ จัดจำหน่ายตัวยาได้เองเพื่อเป็นการลดภาระค่าใช้จ่ายของประเทศอีกด้วย