Jak działają przeciwciała? – rodzaje, badania i leczenie przeciwciałami

O przeciwciałach zrobiło się głośno w czasie epidemii Covid-19. Testy na ich poziom stały się jednym z kluczowych narzędzi diagnozowania przeszłych infekcji i definiowania odporności jednostki. Tak naprawdę przeciwciała odgrywają jednak znacznie szerszą rolę, a wiedza o ich działaniu i wpływie jest kluczowa w wielu dziedzinach medycyny, m.in. onkologii.

Przeciwciała, zwane również immunoglobulinami, to jeden z podstawowych elementów układu odpornościowego. Z chemicznego punktu widzenia są to białka o bardzo specyficznej strukturze – ich kształt przypomina do złudzenia literę „Y”. Co ciekawe, przeciwciała posiadają nie tylko wszystkie ssaki i ptaki, ale także ryby i gady. Bardziej prymitywne organizmy muszą polegać na prostszych mechanizmach ochronnych.

Historia badań nad przeciwciałami

Ludzie już przed wiekami zaobserwowali, że przebycie niektórych chorób skutkuje rozwojem dożywotniej odporności. W XVIII wieku przeprowadzono nawet pierwsze skuteczne próby szczepienia wirusem ospy, choć sam mechanizm ich działania nie był do końca zrozumiany. Jako pierwszy słowa „przeciwciało” użył w 1891 r. Paul Ehrlich, uważany dziś za ojca immunologii, hematologii i chemioterapii. Genialny niemiecki naukowiec zauważył, że myszy przekazują swojemu potomstwu krótkotrwałą odporność na określone patogeny i na tej podstawie wysnuł teorię o przeciwciałach przekazywanych dziecku przez uodporniony organizm matki.

Jeszcze przed Ehrlichem badania w tej dziedzinie zainicjował duet Emila von Behringa oraz Kitasato Shibasaburō, który zgłębiał reakcje organizmu na zakażenie toksynami tężca i błonicy. W latach 20-tych XX w. udowodniono, że przeciwciała są białkami i położono podwaliny pod zrozumienie procesu ich działania – ogromne zasługi w tym zakresie oddali Amerykanie Oswald Avery oraz Michael Heidelberg. Kolejny przełom nastąpił dwie dekady później, gdy Linus Pauling odkrył jak przeciwciała łączą się z antygenami, zaś Astrid Fagraeus zgłębiła proces ich powstawania. Wreszcie, w 1959 r. zidentyfikowano strukturę komórkową przeciwciał, co otworzyło drzwi do rozwoju nowoczesnej immunologii terapeutycznej w latach 70-tych.

Jak działają przeciwciała?

Przeciwciała są częścią odporności nabytej, a więc rozwijanej wskutek kontaktów z różnymi zagrożeniami zewnętrznymi. Produkują je białe krwinki zwane limfocytami B, których zadaniem jest rozpoznawanie obcych substancji w organizmie. Te ostatnie identyfikowane są na podstawie tzw. antygenu, który można w przenośni opisać jako metkę z DNA – pozwala ona odróżnić komórki obce od własnych. Gdy limfocyt B napotka na antygeny pochodzące np. od bakterii, wirusów czy toksyn, zaczyna się dzielić i tworzyć klony, które po dojrzeniu produkują miliony przeciwciał wpuszczanych bezpośrednio do krwiobiegu oraz systemu limfatycznego. Tempo owej produkcji szacowane jest na poziomie 10 tysięcy przeciwciał na sekundę!

Przemieszczające się po organizmie przeciwciała automatycznie identyfikują wszystkie komórki oznaczone daną „metką” i atakują je, wiążąc się z nimi. W zależności od intruza mechanizm tej ofensywy może być nieco inny – w przypadku toksyn dochodzi do neutralizacji trucizny, czyli wytworzenia tzw. antytoksyny, podczas gdy bakterie i wirusy są unieruchamiane, tak, aby nie mogły wnikać do komórek własnych organizmu. Bywa też, że pokryte przeciwciałami antygeny poddawane są reakcjom chemicznym, które prowadzą bądź to do eksplozji patogenu, bądź też przyciągają fagocyty, które unieszkodliwiają drobnoustroje.

Charakterystyczny kształt przeciwciała ma ogromne znaczenie dla jego skuteczności. Nóżka litery „Y” łączy się z innymi elementami systemu odpornościowego, np. dopełniaczami, podczas gdy ramiona odpowiedzialne są za „łapanie” antygenów. Tutaj warto wspomnieć o mechanizmie „zamek-klucz”, który tłumaczy jak dochodzi do połączenia między wrogami. Otóż każde przeciwciało stworzone w odpowiedzi na kontakt z daną komórką obcą posiada specyficzne zakończenie (epitop), porównywane do dziurki od klucz. Pasuje ona idealnie do kształtu końcówki (paratop) antygenu, dzięki czemu skutecznie go wiąże i unieszkodliwia.

Od momentu rozpoznania patogenu przez układ odpornościowy proces produkcji przeciwciał trwa nieprzerwanie często przez wiele dni, tak, aby unieszkodliwić wszystkie obecne w organizmie antygeny.

Ciekawostka: Przeciwciała mogą szkodzić organizmowi! Dzieje się tak w przebiegu chorób autoimmunologicznych, w których produkowane przez nadaktywny system odpornościowy immunologlobuliny atakują własne komórki i mogą nawet niszczyć całe tkanki czy organy!

Rodzaje przeciwciał

Najprostsze przeciwciała zwane monomerami posiadają wspomnianą wyżej postać pojedynczej litery „Y”. Mogą one jednak tworzyć bardziej złożone struktury i wówczas nazywane są dimerami (złożonymi z dwóch liter Y) lub pentamerami (5 liter Y). Owo zróżnicowanie po części jest związane z klasami przeciwciał, których wyróżnia się aż 5:

• Immunoglobuliny G (IgG) to najprostsze i najpowszechniejsze przeciwciała, które obecne są we krwi i płynach ustrojowych. Jako jedyne potrafią pokonać barierę łożyska i chronią noworodka zaraz po urodzeniu. Wykształcają się 10-14 dni po kontakcie limfocytów B z danym antygenem.
• Immunoglobuliny A (IgA) znajdują się w błonach śluzowych układu pokarmowego, oddechowego i moczowo-płciowego, a także ślinie, łzach i mleku matki. Chronią przed kolonizacją drobnoustrojami.
• Immunoglobuliny D (IgD) aktywują cząsteczki zwane bazofilami oraz komórkami tucznymi wywierając wpływ antybakteryjny.
• Immunoglobuliny E (IgE) reagują na alergeny i powodują wydzielanie histaminy, która odpowiedzialna jest za reakcję uczuleniową.
• Immunoglobuliny M (IgM) mają wspomnianą wcześniej formę pentamerów i są formą szybkiej obrony przed patogenami, zanim jeszcze wyprodukowana zostanie odpowiednia ilość przeciwciał IgG. Pojawiają się we krwi już 7 dni po ekspozycji na wirusa.

Warto dodać, że nasze organizmy produkują również tzw. naturalne przeciwciała, które nie wiążą się z wcześniejszą ekspozycją na patogeny czy toksyny. Stale obecne we krwi, potrafią one rozpocząć walkę z wirusami zanim jeszcze dojdzie do uruchomienia wyspecjalizowanego mechanizmu odporności nabytej, czyli swoistej.

Badania poziomu przeciwciał – po co?

We współczesnych laboratoriach przeprowadza się szereg badań mających określić obecność i ilość konkretnych przeciwciał. Te proste testy, wykonywane najczęściej z krwi, pozwalają lepiej zdiagnozować stan zdrowia pacjenta i określić poziom ryzyka. Dla przykładu ciężarnym wykonuje się test na przeciwciała toksoplazmozy, który stwierdza czy dana kobieta przebyła już niebezpieczną dla płodu infekcję, a w razie negatywnego wyniku jest wskazaniem do aktywnej prewencji. Na podobnej zasadzie bada się pacjentów pod kątem historii odry, świnki, ospy czy wirusowego zapalenia wątroby. Wyniki mogą być podstawą do ustalenia przyczyny konkretnych dolegliwości bądź dowodem na przebyte szczepienie.

Testowanie przeciwciał w trakcie epidemii Covid-19 ma na celu określenie stopnia odporności jednostek na zakażenie. Ludzie o odpowiednio wysokim poziomie specyficznych immunoglobulin, wynikającym bądź z przebytej infekcji, bądź ze szczepienia, identyfikowani są jako mniej ryzykowni w kontekście rozprzestrzeniania wirusa.

Leczenie za pomocą przeciwciał

Badania nad przeciwciałami okazały się przełomem również w kontekście nowoczesnych form terapii. Pierwotnie wykorzystywano przeciwciała pobrane od osób uodpornionych i wstrzykiwano je zagrożonym pacjentom jako formę pasywnej immunizacji, działającej szybciej niż klasyczne szczepionki.

Obecnie najbardziej obiecującą gałęzią immunoterapii są przeciwciała monoklonalne, wyprodukowane syntetycznie na drodze inżynierii genetycznej. Posiadają one zdolność do rozpoznawania wybranych antygenów na dowolnie wybranej komórce, nie tylko patogenów, ale także własnych hormonów czy określonych leków. Nieograniczona podaż oraz możliwość bardzo specyficznego dopasowania przeciwciał monoklonalnych do określonych adresatów otworzyła drzwi do nieznanych dotychczas zastosowań.

Przede wszystkim zyskaliśmy możliwość oddziaływania precyzyjnie na daną grupę komórek bez wywierania wpływu na inne. Znajduje to zastosowanie m.in. w identyfikacji komórek rakowych w danej tkance. Przeciwciała monoklonalne są wykorzystywane już w eksperymentalnych terapiach onkologicznych jako środek transportujący leki cytotatyczne bezpośrednio do nowotworu. Doskonałym przykładem jest ipilimumab, czyli przeciwciało wspierające system immunologiczny do walki z zaawansowanym stadium czerniaka. Na podobnej zasadzie działają preparaty takie jak nivolumab i pembrolizumab, które regulują działanie limfocytów T, zaburzone w wielu rodzajach raka.

Monoklonalne przeciwciała stosowane są już także do leczenia reumatoidalnego zapalenia stawów, łuszczycy, stwardnienia rozsianego i okazały się wielkim przełomem w leczeniu wirusa Covid-19. Wraz z rozwojem zaawansowanych technik inżynieryjnych, immunoglobuliny mogą stać się jednym z najdoskonalszych leków XXI w!