แอนติบอดี “สร้าง” เป้าหมายใหม่ได้อย่างไร: เหตุใดแอนติบอดี CD20 บางตัวจึงต้องใช้คอมพลีเมนต์ ในขณะที่แอนติบอดีตัวอื่นฆ่าเป้าหมายโดยตรง

นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นภาพว่าเกิดอะไรขึ้นกับตัวรับ CD20 บนเซลล์บีเมื่อแอนติบอดีที่ใช้ในการรักษา (rituximab, obinutazumab ฯลฯ) เข้าจับกับตัวรับนี้ พวกเขาใช้กล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูง RESI รุ่นใหม่ มองเห็นสิ่งนี้ในเซลล์ที่มีชีวิตทั้งเซลล์ในระดับโปรตีนแต่ละตัว และเชื่อมโยงรูปแบบของนาโนคลัสเตอร์กับกลไกการออกฤทธิ์ของยาที่แตกต่างกัน ผลลัพธ์คือ แอนติบอดี “ชนิดที่ 1” (เช่น rituximab, ofatumumab) ประกอบ CD20 ให้เป็นสายยาวและโครงสร้างส่วนบน ซึ่ง “สร้าง” ส่วนประกอบได้ดีกว่า แอนติบอดี “ชนิดที่ 2” (เช่น obinutazumab) จำกัดเฉพาะโอลิโกเมอร์ขนาดเล็ก (สูงสุดถึงเตตระเมอร์) และมีฤทธิ์ทำลายเซลล์โดยตรงและทำลายเซลล์เอฟเฟกเตอร์ได้ดีกว่า งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications

ความเป็นมาของการศึกษา

• ทำไมต้องเลือก CD20?แอนติบอดีต่อต้าน CD20 ถือเป็นเครื่องมือสำคัญในการรักษามะเร็งต่อมน้ำเหลือง/มะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดบีเซลล์ และโรคภูมิต้านตนเองบางชนิด มียาหลายชนิดในท้องตลาด แต่ยาเหล่านี้มีปฏิกิริยาในเซลล์ที่แตกต่างกันและก่อให้เกิดผลทางคลินิกที่แตกต่างกัน
• มี สองกลุ่มกลไกโดยทั่วไปจะมีแอนติบอดีชนิดที่ 1 (rituximab, ofatumumab) และชนิดที่ 2 (obinutazumab เป็นต้น) แอนติบอดีชนิดแรกมีแนวโน้มที่จะมีส่วนประกอบของคอมพลีเมนต์ (CDC) มากกว่า ในขณะที่แอนติบอดีชนิดหลังมักจะทำให้เกิดการตายของเซลล์โดยตรงและฆ่าผ่านเซลล์เอฟเฟกเตอร์ (ADCC/ADCP) เรื่องนี้เป็นที่ทราบกันมานานแล้วจากการทดสอบทางชีวเคมีและการทำงาน แต่เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้นในระดับนาโนเมตรนั้นยังไม่เป็นที่แน่ชัด
• สิ่งที่ขาดหายไปจากวิธีการก่อนหน้านี้
  • อิมมูโนฟลูออเรสเซนซ์แบบคลาสสิกและแม้แต่แนวทางการแก้ปัญหาแบบซูเปอร์รีโซลิดหลายวิธีก็ไม่เห็น "โมเลกุลเดี่ยว" ในเยื่อหุ้มที่มีชีวิตเมื่อเป้าหมายถูกอัดแน่นและมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา
  • Cryo-EM ให้รายละเอียดที่น่าทึ่ง แต่โดยทั่วไปจะอยู่นอกบริบทของเซลล์ที่มีชีวิตทั้งเซลล์
    ส่งผลให้ต้องคาดเดา "รูปทรงเรขาคณิต" ของ CD20 ภายใต้แอนติบอดี (ซึ่งประกอบด้วยกลุ่ม โซ่ และขนาด) จากข้อมูลทางอ้อม
• ทำไมเรขาคณิตจึงสำคัญส่วนประกอบจะ "เปิดใช้งาน" เมื่อ C1q จับโดเมน Fc ในตำแหน่งที่ถูกต้องพร้อมกัน ซึ่งแท้จริงแล้วขึ้นอยู่กับระยะทางและมุม ในทำนองเดียวกัน ประสิทธิภาพของ ADCC/ADCP ขึ้นอยู่กับว่าแอนติบอดีจะเปิดรับ Fc ต่อตัวรับเซลล์เอฟเฟกเตอร์อย่างไร ดังนั้น สถาปัตยกรรมระดับนาโนของแอนติบอดี CD20+ จึงเป็นกุญแจสำคัญในการทำงาน
• เป้าหมายของผู้เขียนคืออะไร? เพื่อแสดงให้เห็นในเซลล์ที่มีชีวิตทั้งหมด (in situ) ว่าแอนติ-CD20 ที่แตกต่างกันทำหน้าที่อย่างไรกับ CD20: โอลิโกเมอร์และโครงสร้างส่วนบนเกิดขึ้นได้อย่างไร สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการรวมตัวและการฆ่าคอมพลีเมนต์อย่างไร และเป็นไปได้หรือไม่ที่จะควบคุมกลไกผ่านการออกแบบแอนติบอดี (มุมจับ, บานพับ, วาเลนซ์, ไบสเปซิฟิก)
• เหตุใดจึงจำเป็นในทางปฏิบัติ?
  • การออกแบบรุ่นถัดไป: การเรียนรู้ที่จะ "ปรับแต่งส่วนควบคุม" ของโครงสร้างเพื่อให้ได้กลไกการทำงานที่ต้องการสำหรับงานทางคลินิกเฉพาะหรือบริบทของเนื้องอก
  • การผสมผสานที่มีความหมาย: ทำความเข้าใจว่ายา “เสริม” ใดเหมาะสมกว่า และยา “ฆ่าโดยตรง” ใดเหมาะสมกว่า
  • การควบคุมคุณภาพ/ไบโอซิมิลาร์: มี "ลายนิ้วมือ" ทางกายภาพของการจัดกลุ่มที่ถูกต้องเป็นไบโอมาร์กเกอร์ของความเท่าเทียมกัน

สรุปสั้นๆ คือ แอนติบอดีบำบัดไม่ได้ทำงานเพียง "ตามสูตรกลไก" เท่านั้น แต่ยังทำงานตามรูปทรงที่เป้าหมายกำหนดบนเยื่อหุ้มเซลล์ด้วย ก่อนหน้านี้ เราไม่มีเครื่องมือที่สามารถมองเห็นรูปทรงนี้ในเซลล์ที่มีชีวิตได้อย่างแม่นยำเทียบเท่ากับโมเลกุลแต่ละตัว นี่คือรูที่ผู้เขียนกำลังปิดอยู่

เหตุใดจึงจำเป็นเช่นนี้?

แอนติบอดีต่อต้าน CD20 เป็นพื้นฐานในการรักษามะเร็งต่อมน้ำเหลืองและมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดบีเซลล์ และเป็นวิธี “ปิดการทำงาน” ของเซลล์บีในโรคภูมิต้านตนเองบางชนิด เรารู้ว่า “ชนิดที่ 1” และ “ชนิดที่ 2” ออกฤทธิ์ต่างกัน (การฆ่าแบบคอมพลีเมนต์กับการฆ่าโดยตรง) แต่ความแตกต่างนี้ในระดับนาโนเมตรในเยื่อหุ้มเซลล์ยังไม่ชัดเจน วิธีการแบบคลาสสิก (cryo-EM, STORM, PALM) ในเซลล์ที่มีชีวิตไม่สามารถบรรลุความละเอียดของ “โปรตีนหนึ่งตัว” ได้อย่างแม่นยำสำหรับสารประกอบเชิงซ้อนที่มีความหนาแน่นและพลวัต แต่ RESI ทำได้

พวกเขาทำอะไรกัน?

• เราใช้เทคนิค 3D-RESI (Resolution Enhancement by Sequential Imaging) แบบหลายเป้าหมาย (multi-target 3D-RESI) และการติดฉลาก DNA-PAINT เพื่อเน้น CD20 และแอนติบอดีที่เกี่ยวข้องในเยื่อหุ้มเซลล์ทั้งหมดพร้อมกัน ความละเอียดคือระดับของโมเลกุลแต่ละตัวในบริบท ณ ตำแหน่งปัจจุบัน
• เราเปรียบเทียบชนิด I (rituximab, ofatumumab เป็นต้น) และชนิด II (obinutazumab เช่นเดียวกับโคลน H299) และวิเคราะห์เชิงปริมาณว่าโอลิโกเมอร์ CD20 ใดที่ก่อตัวขึ้น ได้แก่ ไดเมอร์ ไตรเมอร์ เตตระเมอร์ และอื่นๆ ที่สูงกว่า
• เราได้ทดสอบความสัมพันธ์ระหว่าง "รูปแบบ" และหน้าที่ โดยวัดการจับกันของคอมพลีเมนต์ ความเป็นพิษต่อเซลล์โดยตรง และการฆ่าเซลล์เอฟเฟกเตอร์ นอกจากนี้ เรายังลองเล่นกับรูปทรงเรขาคณิตของแอนติบอดี (ตัวอย่าง: การพลิกแขน Fab ใน CD20×CD3 T-cell engager) เพื่อทำความเข้าใจว่าความยืดหยุ่น/ทิศทางของบานพับส่งผลต่อหน้าที่ระหว่างชนิดที่ 1 และชนิดที่ 2 อย่างไร

ผลการค้นพบที่สำคัญในคำที่เรียบง่าย

• ประเภท I สร้างสายโซ่และ "แพลตฟอร์ม" ของ CD20 — อย่างน้อยก็แบบหกเหลี่ยมและยาวกว่า ซึ่งเป็นรูปทรงเรขาคณิตที่สะดวกสำหรับ C1q ดังนั้นจึงควรรวมคอมพลีเมนต์เข้าไปด้วย ตัวอย่าง: ริทูซิแมบ, ออฟาทูมูแมบ
• ประเภท II จำกัดเฉพาะกลุ่มขนาดเล็ก (โดยปกติสูงสุดที่ tetramers) แต่มีความเป็นพิษต่อเซลล์โดยตรงสูงกว่า และมีฤทธิ์ทำลายเซลล์เอฟเฟกเตอร์ได้รุนแรงกว่า ตัวอย่าง: obinutazumab
• เรขาคณิตมีความสำคัญ การเปลี่ยนแปลงความยืดหยุ่น/ทิศทางของแขน Fab ของแอนติบอดีแบบไบสเปซิฟิก CD20xCD3 และพฤติกรรมของมันจะเปลี่ยนไปจาก "ชนิด II" เป็น "ชนิด I": การจับกลุ่มของ CD20 ↑ และความเป็นพิษต่อเซลล์โดยตรง ↓ - ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและหน้าที่ที่ชัดเจน

เหตุใดสิ่งนี้จึงสำคัญต่อการบำบัด?

• การออกแบบรุ่นถัดไป: ขณะนี้สามารถออกแบบแอนติบอดีโดยเฉพาะสำหรับกลไกที่ต้องการได้ (เสริมมากขึ้นหรือฆ่าโดยตรงมากขึ้น) โดยการปรับแต่งมุมการจับ บานพับ และเวเลนซ์เพื่อให้ได้สถาปัตยกรรมนาโน CD20 ที่ต้องการ
• การปรับแต่งและการผสมผสาน หากวิธีการ "เสริม" ได้ผลดีกว่าในเนื้องอกชนิดใดชนิดหนึ่ง ก็ควรเลือกใช้ "ชนิดที่ 1" (หรือแอนติบอดี/ไบ-สเปซิฟิกส์ที่สร้างสายโซ่ CD20 ยาว) หากการเสียชีวิตโดยตรงสำคัญกว่า ให้เลือก "ชนิดที่ 2" และเสริมด้วยวิถีเอฟเฟกเตอร์
• การควบคุมคุณภาพและไบโอซิมิลาร์ RESI ให้การทดสอบรูปทรงเรขาคณิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ: สามารถฝึกแบบจำลองให้จดจำ "ลายเซ็น" ของโอลิโกเมอร์ CD20 ที่ถูกต้อง และใช้เป็นตัวควบคุมทางชีวฟิสิกส์ในการพัฒนาไบโอซิมิลาร์

กลไกเล็กน้อย (สำหรับผู้ที่สนใจ)

• จากข้อมูลของ cryo-EM และภาพใหม่ พบว่าชนิดที่ 1 (เช่น rituximab) จับกับ CD20 ที่มุมตื้น เชื่อมกับไดเมอร์ CD20 ทำให้เกิดสายโซ่ที่มีแพลตฟอร์มสำหรับ C1q ในขณะที่ ofatumumab ก็ทำในลักษณะเดียวกัน แต่มีขั้นตอนที่เล็กกว่าในสายโซ่ และ "plants" เสริมกันได้อย่างเสถียรยิ่งขึ้น ชนิดที่ 2 (obinutazumab) มีมุมชันกว่าและมีสัดส่วนทางเคมีที่แตกต่างกัน (1 Fab ถึง 2 CD20) จึงยังคงอยู่ในโซนไตรเมอร์-เตตระเมอร์

ข้อจำกัดและสิ่งที่จะเกิดขึ้นต่อไป

• แบบจำลองเซลล์เหล่านี้มีเงื่อนไขการควบคุมอย่างระมัดระวัง ขั้นตอนต่อไปคือการยืนยันรูปแบบคลัสเตอร์ CD20 ที่สำคัญในตัวอย่างเนื้องอกปฐมภูมิ และเชื่อมโยงกับการตอบสนองทางคลินิก
• RESI เป็นเทคนิคที่ซับซ้อน แต่ทีมงานเน้นย้ำถึงความคล่องตัวของเทคนิคนี้: เทคนิคนี้สามารถทำการแมปเป้าหมายเยื่อหุ้มเซลล์และแอนติบอดีได้ ตั้งแต่ EGFR/HER2 ไปจนถึง PD-L1 และยังเชื่อมโยงสถาปัตยกรรมนาโนกับฟังก์ชันต่างๆ ได้ด้วย

บทสรุป

แอนติบอดีไม่เพียงแต่ทำงาน "ตามสูตรกลไก" เท่านั้น แต่ยังทำงานตามรูปทรงเรขาคณิตที่แอนติบอดีกำหนดให้กับตัวรับในเยื่อหุ้มเซลล์ด้วย ทำให้เราสามารถมองเห็นรูปทรงเรขาคณิตนี้ได้ และเปิดทางไปสู่การออกแบบการเตรียมภูมิคุ้มกันที่แม่นยำยิ่งขึ้น โดยกำหนดผลลัพธ์ทางคลินิกที่ต้องการไว้ที่ระดับนาโนเมตร

ที่มาของงานวิจัย: Pachmayr I. และคณะการหาพื้นฐานโครงสร้างของการทำงานของแอนติบอดีในการรักษามะเร็งด้วยภูมิคุ้มกันบำบัดด้วย RESI. Nature Communications, 23 กรกฎาคม 2568. doi.org/10.1038/s41467-025-61893-w