Therapeutic potential of anti-tetanus toxoid monoclonal antibodies: application based on binding properties

Abstract

Tetanus toksin (TT), produkt anaerobne bakterije Clostridium tetani, je izuzetnopotentan neurotoksin koji može izazvati tetanus, teško i često fatalno oboljenje. Uprkosvišedecenijskom sistematskom sprovođenju vakcinacije protiv tetanusa, incidencatetanusa još uvek nije zanemarljiva. TT-specifična antitela su ključni faktor usprečavanju intoksikacije TT-om. Pored toga, predpostavlja se da bi ova antitela, usledukrštene reaktivnosti, mogla doprinositi i otpornosti ka heterologim infekcijama. Kodosoba koja nemaju uspostavljen adekvatan TT-specifičan imunski odgovor, a postojisumnja na intoksikaciju TT-om, preporučuje se imunoterapija koja podrazumevaaplikaciju TT-specifičnih antitela sposobnih da neutrališu slobodno cirkulišući TT. Dužiniz godina se kao imunoterapeutici razmatraju i TT-specifična monoklonska antitela(MAt) gde se kao jedan od problema nameće pitanje kako selektovati zaštitno MAt i / iliformulisati efikasan preparat s obzirom da specifičnost ka TT ne znači nužno i zaštinipotencijal.Cilj ove doktorske disertacije je da se, kroz ispitivanje vezivnih karakteristikapanela TTd/TT-specifičnih MAt i njihovog zaštitnog potencijala in vivo, utvrdi na kojinačin i u kojoj meri vezivne karakteristike TTd/TT specifičnih antitela određuju njihovusposobnost da spreče intoksikaciju TT-om i / ili doprinesu otpornosti ka heterologiminfekcijama.Istraživanja realizovana u okviru izrade ove doktorske teze su pokazala da sezaštitni potencijal anti-TTd / TT antitela može proceniti na osnovu afiniteta ka TT-u isposobnosti da inhibiraju TT-GD1b interakciju. TT-specifična antitela koja mogu daspreče in vivo intoksikaciju TT-om treba da vezuju TT-om sa afinitetom ≥ 1x108 M-1 ida istovremeno imaju sposobnost da inhibiraju vezivanje TT-a za GD1b gangliozide.Afinitet prema TT-u je prvi selekcioni kriterijum zaštitnih TT-specifičnih antitela, apotom njihova sposobnost da preveniraju TT-GD1b interakciju. Zaštitni potencijal TTspecifičnihantitala čiji je afinitet ka TT-u ≥ 1x108 M-1 dominantno određuje sposobnostinhibiranja TT-GD1b interakcije a ne sam afinitet...is an extremely potent neurotoxin that can cause tetanus, a severe and often fataldisease. Mandatory vaccination against tetanus is introduced worldwide and it wascrucial for a significant decline of tetanus cases. Nevertheless, the prevalence of thedisease is not negligible, particularly in the developing world. Antibodies capable toneutralize TT are key factors in protection against tetanus disease. It is assumed thatantibodies may, due to cross-reactivity, contribute to the immunity against heterologouspathogens. TT intoxications can be efficiently treated with various polyclonal antibodybasedtherapies. Although antibody-based therapeutics for treatment of tetanus exist onthe market its production is tedious. Monoclonal antibodies (MAbs) are considered for along time as a reagent of choice, but the core drawback is how to select a MAb and howto prepare oligoclonal MAbs-based preparation that would be safe in providingefficacious protection, since available data clearly demonstrate that the ability of asingle MAb to bind TT does not necessarily mean that this MAb protects from tetanusintoxication.The aims of this thesis were to evaluate the binding characteristics andprotective capacity of TTd/TT-specific MAb(s)-based preparations, to determine howthese binding characteristics correlate with the observed in vivo effects and toinvestigate whether these preparations could contribute to the development ofheterologous immunity.In this PhD thesis, we showed that the selection of protective anti-TTd/TT MAbscan be performed by the in vitro testing combining two assays: (i) the measurement ofMAb affinity toward TT (ii) the evaluation of its capability to prevent TT-gangliosideinteraction. TT-specific antibodies that prevent in vivo TT intoxication bind TT withaffinity ≥ 1x108 M-1 and, at the same time, possess the ability to inhibit binding of TT toGD1b ganglioside. MAb’s afinity toward TT is the first selection criterion of protectiveTT-specific antibodies, and the second criterion is their ability to prevent TT-GD1binteraction..