Lo spinout di Duke CasTag BioSciences costruisce una trappola proteica migliore con la spinta di NCBiotech

DURHAM – Gli scienziati della vita amano gli anticorpi, non solo perché queste piccole proteine aiutano a proteggerci tutti dagli agenti patogeni, ma perché gli anticorpi sono anche uno strumento di laboratorio molto utile per identificare e contrassegnare le proteine di interesse nella loro ricerca.

Quando cerchi qualcosa di molto piccolo, hai bisogno di una bandierina per contrassegnarlo. Quello è un anticorpo.

Come la maggior parte dei ricercatori nel campo delle scienze della vita, Scott Soderling, presidente della Duke University, si è affidato ad anticorpi personalizzati, molecole realizzate su ordinazione da centinaia di laboratori diversi che aiutano gli scienziati a trovare e marcare proteine specifiche nelle colture cellulari e negli organismi viventi.

"Ma c'è un problema", spiega nella piccola sala conferenze adiacente al suo ufficio di Nanaline Duke. “Il cinquanta per cento degli anticorpi sul mercato sono spazzatura. Non sono specifici. Potrebbero legare ciò che pensi che leghino, ma poi si legano ad altre cose che non conosci, o non legano nemmeno ciò a cui vuoi legarti.

Peggio ancora, un lotto di anticorpi su misura potrebbe non essere uguale al precedente. “Diciamo che hai un anticorpo perfetto che lega esattamente ciò che desideri e nient’altro. E poi ordini il lotto successivo e c'è una preparazione diversa da un animale diverso, e sei di nuovo al punto di partenza. Non funziona.”

"Si ritiene che questi anticorpi dannosi portino a gran parte dei risultati irriproducibili", afferma Soderling. “Quindi costa denaro, costa tempo e costa credibilità. Questo è un enorme problema per la scienza, sia accademica che industriale”. In parte, il problema deriva dal fatto che le tecniche di produzione di anticorpi personalizzati risalgono agli anni ’70, dice.

Ma Soderling ha fondato una società derivata dalla Duke che spera possa risolvere il problema dell'affidabilità. CasTag BioSciences si basa su una tecnologia sviluppata nel suo laboratorio che contrassegna le proteine di interesse in un modo completamente nuovo, utilizzando lo strumento di modifica del genoma CRISPR.

Uno degli obiettivi principali della ricerca di Soderling è stato l'identificazione delle proteine nelle sinapsi del cervello, i minuscoli spazi tra le cellule nervose dove i segnali vengono trasmessi e ricevuti. Tutta questa segnalazione è regolata da proteine specifiche. Ma identificare tutte queste proteine nella sinapsi e interpretare ciò che dicono alla cellula è un grosso problema in uno spazio molto piccolo. Gli anticorpi sono uno strumento fondamentale, ma il lavoro è stato frustrante e lento, in parte a causa della difficoltà di lavorare con anticorpi personalizzati.

Circa tre anni fa, quando si diffuse la notizia della nuova tecnologia di editing genetico chiamata CRISPR, Soderling e il suo team volevano vedere se potesse fornire loro un modo migliore per etichettare e visualizzare le centinaia e persino migliaia di proteine che stavano rilevando nei minuscoli sinapsi tra i neuroni.

“Avevamo l’idea che CRISPR potesse essere uno strumento davvero straordinario per affrontare il problema urgente di cercare di identificare ed etichettare queste centinaia di proteine”, afferma Soderling. “Ciò che abbiamo sviluppato è stato un nuovo metodo modulare per prendere sostanzialmente il problema dell’etichettatura e ribaltarlo”.

Stanno usando CRISPR per modificare brevi sequenze in un gene in modo che ogni proteina prodotta porti un tag da loro creato che viene rilevato da un anticorpo noto, affidabile e ben caratterizzato, piuttosto che da un'abitudine "shot-in-the-dark" anticorpo.

"Questi anticorpi riconoscono un piccolo segmento di sequenze di aminoacidi", spiega Soderling. "Quindi prendiamo semplicemente il DNA che codifica quegli amminoacidi - la maniglia - e la inseriamo direttamente nel gene in vivo o nella cellula", dice Soderling.

Dopo che gli esperimenti di prova hanno prodotto una bellissima etichettatura delle proteine nel cervello del topo, Soderling ha guardato le immagini e ha detto: "Okay, è enorme".

In effetti, hanno soprannominato il loro nuovo sistema HiUGE (ingegneria del genoma universale indipendente dall’omologia), e potrebbe essere davvero enorme.

Hanno iniziato a chiamarla biologia plug and play, perché con solo pochi dei loro tag possono affrontare centinaia di proteine sconosciute e possono persino inserire più tag in un gene contemporaneamente. Soderling afferma che il sistema è modulare e facile da usare, il che consentirà approcci semiautomatici e ad alto rendimento per l'etichettatura delle proteine.

Per analogia, pensa a un camionista che percorre lentamente l'isolato dopo il tramonto sotto un acquazzone alla ricerca del numero civico 2345. Ciò che Soderling e il suo team hanno fatto è mettere un cartello luminoso su ogni casa numerata 2345 che dice "Ehi UPS! Qui!”

Il sistema HiUGE viene consegnato alle cellule viventi, in una piastra o in un organismo, da una coppia di virus adeno-associati che lavorano in squadra. Un virus trasporta l’RNA guida che segnerà il punto in cui CRISPR dovrebbe tagliare il DNA e inserire un nuovo pezzo di codice. Il secondo virus adeno-associato trasporta "il carico utile", uno o più tag che hanno ideato e che ora verranno incorporati in ogni proteina prodotta successivamente dal gene.

I vettori, incluso un RNA guida sintetico e tag HiUGE, sono agnostici o "indipendenti dall'omologia", come suggerisce il nome. A loro non importa quale gene ci sia intorno a loro. "Abbiamo progettato questo RNA guida in modo che non riconosca specificamente nulla nel genoma del topo, dell'uomo, della scimmia, del gatto o dell'asino", afferma Soderling.

È un modo intelligente per esplorare l'ignoto.

Questo approccio non solo fa avanzare il loro lavoro, ma Soderling ha iniziato a rendersi conto che un modo veloce, flessibile e più accurato per etichettare le proteine potrebbe anche essere un'opportunità commerciale. Con una piccola ricerca, ha scoperto che gli anticorpi personalizzati rappresentano un mercato da $2,4 miliardi – ancora una volta, con prodotti che funzionano come pubblicizzato solo la metà delle volte.

Ha contattato l'Office of Licensing and Ventures (OLV) della Duke per avviare il processo di brevettazione e per ottenere consigli sull'avvio di un'azienda. "Poi ho dovuto trovare un modo per gestire l'attività, perché ho già un ottimo lavoro quotidiano." In effetti, più o meno nello stesso periodo era stato anche nominato titolare della cattedra di biologia cellulare.

Su consiglio di OLV, Soderling ha visitato Biolabs North Carolina, uno spazio di lavoro condiviso nel Chesterfield Building nel centro di Durham che affitta banchi individuali per laboratori umidi su base mensile e fornisce tutte le attrezzature di base di cui una startup avrebbe bisogno, compresa la refrigerazione, la genetica -copiatrici di macchine PCR, centrifughe, ecc. Ha presentato la sua idea a Biolabs e si è guardato intorno.

Il giorno successivo, il presidente di BioLabs NC Ed Field chiamò Soderling e gli chiese se gli sarebbe piaciuto aiuto nella gestione dell'attività. Field, un veterano delle startup, è ora l'amministratore delegato di CasTag. L'azienda ha raccolto fondi sufficienti con un prestito del North Carolina Biotechnology Center per assumere un neolaureato della Fuqua Business School come responsabile dello sviluppo aziendale e un ex postdoc per Soderling per gestire il laboratorio part-time mentre cerca un lavoro nel settore .

“Abbiamo un sito web. Abbiamo degli ordini. Abbiamo clienti. È attivo e funzionante", dice Söderling, con una punta di meraviglia nella voce. I suoi discorsi alla conferenza su HiUGE e un articolo del 1 luglio 2019 su Neuron hanno attirato una certa attenzione. Poi l’articolo è stato ripubblicato come uno dei “migliori del 2018-2019” della rivista, attirando ancora più attenzione.

E ora hanno anche idee per nuovi prodotti. "Spero che questo si espanda e diventi ancora più grande della semplice etichettatura delle proteine", afferma Soderling.

"Sai, la Carolina del Nord era uno stato manifatturiero ai tempi", dice Soderling, un nativo del Tennessean dalla voce pacata. “Mi piacerebbe svegliarmi un giorno e guidare fino al centro di Durham e vedere uno degli ex magazzini di produzione brulicare di persone che producono questi reagenti da spedire in tutto il mondo. Questo è il sogno.

(c) Centro di biotecnologia della Carolina del Nord

Fonte articolo originale: WRAL TechWire