Cómo un anticuerpo “reconstruye” su objetivo: por qué algunos anti-CD20 recurren al complemento, mientras que otros matan directamente

Los científicos han visualizado qué le sucede exactamente al receptor CD20 en las células B cuando los anticuerpos terapéuticos (rituximab, obinutazumab, etc.) se unen a él. Utilizando una nueva versión de microscopía de súper resolución RESI, vieron esto en células vivas completas a nivel de proteínas individuales y vincularon el patrón de nanoagrupaciones con diferentes mecanismos de acción del fármaco. El resultado: los anticuerpos de "tipo I" (p. ej., rituximab, ofatumumab) ensamblan CD20 en largas cadenas y superestructuras: esto "planta" mejor el complemento. Los anticuerpos de "tipo II" (p. ej., obinutazumab) se limitan a pequeños oligómeros (hasta tetrámeros) y proporcionan citotoxicidad directa más fuerte y destrucción a través de células efectoras. El trabajo fue publicado en Nature Communications.

Antecedentes del estudio

• ¿Por qué CD20? Los anticuerpos anti-CD20 son fundamentales en el tratamiento de linfomas/leucemias de células B y algunas enfermedades autoinmunes. Existen varios fármacos en el mercado, pero se comportan de forma diferente en la célula y producen distintos cuadros clínicos.
• Dos campos mecanicistas. Tradicionalmente, existen anticuerpos de tipo I (rituximab, ofatumumab) y de tipo II (obinutazumab, etc.). Los primeros tienden a incluir complemento (CDC), mientras que los segundos suelen provocar muerte celular directa y destrucción a través de células efectoras (ADCC/ADCP). Esto se conoce desde hace tiempo gracias a la bioquímica y las pruebas funcionales, pero no se ha aclarado por qué ocurre exactamente a escala nanométrica.
• Lo que faltaba en los métodos anteriores.
  • La inmunofluorescencia clásica e incluso muchos métodos de súper resolución no detectan una “molécula única” en una membrana viva cuando los objetivos están compactados y son dinámicos.
  • La criomicroscopía electrónica proporciona detalles asombrosos, pero generalmente fuera del contexto de una célula viva completa.
    Por lo tanto, la "geometría" del CD20 bajo el anticuerpo (qué grupos, cadenas, tamaños) tuvo que deducirse a partir de datos indirectos.
• Por qué importa la geometría. El complemento se activa cuando C1q captura simultáneamente dominios Fc correctamente posicionados; es literalmente una cuestión de distancias y ángulos. Asimismo, la eficiencia de ADCC/ADCP depende de cómo el anticuerpo expone su Fc a los receptores de las células efectoras. Por lo tanto, la nanoarquitectura del anticuerpo CD20+ es clave para su funcionamiento.
• ¿Cuál era el objetivo de los autores? Demostrar en células vivas completas (in situ) qué hacen exactamente los diferentes anti-CD20 con el CD20: qué oligómeros y superestructuras surgen, cómo se relaciona esto con la incorporación y la eliminación del complemento, y si es posible controlar la mecánica mediante el diseño de anticuerpos (ángulos de unión, bisagras, valencia, biespecíficos).
• ¿Por qué es esto necesario en la práctica?
  • Diseño de próxima generación: aprender a “ajustar los controles” de una estructura para obtener el mecanismo de acción deseado para una tarea clínica o un contexto tumoral específico.
  • Combinaciones significativas: entender dónde es más apropiado un fármaco “complementario” y dónde es más apropiado un “asesino directo”.
  • Control de calidad/biosimilares: tienen una “huella digital” física de agrupamiento correcto como biomarcador de equivalencia.

En resumen: los anticuerpos terapéuticos funcionan no solo según la fórmula del mecanismo, sino también según la geometría que las dianas imponen a la membrana. Antes de este trabajo, no disponíamos de una herramienta para observar esta geometría en una célula viva con la precisión de las moléculas individuales; este es el problema que los autores están solucionando.

¿Por qué era esto necesario?

Los anticuerpos anti-CD20 son la base del tratamiento de los linfomas y leucemias de células B, y un medio para inactivar las células B en algunas enfermedades autoinmunes. Sabíamos que los tipos I y II actúan de forma diferente (complemento frente a destrucción directa), pero no estaba claro cómo se manifiesta esta diferencia a nivel nanométrico en la membrana celular. Los métodos clásicos (crio-EM, STORM, PALM) en células vivas no alcanzaban la resolución de una sola proteína con precisión para complejos densos y dinámicos. RESI sí lo hace.

¿Qué hicieron?

• Utilizamos 3D-RESI (Mejora de la Resolución por Imágenes Secuenciales) multidiana y marcaje DNA-PAINT para resaltar simultáneamente el CD20 y sus anticuerpos asociados en la membrana de células completas. La resolución se refiere al nivel de moléculas individuales en un contexto in situ.
• Comparamos el tipo I (rituximab, ofatumumab, etc.) y el tipo II (obinutazumab; así como el clon H299) y analizamos cuantitativamente qué oligómeros CD20 forman: dímeros, trímeros, tetrámeros y superiores.
• Analizamos la relación entre el «patrón» y la función: medimos la unión del complemento, la citotoxicidad directa y la eliminación por células efectoras. También experimentamos con la geometría de los anticuerpos (por ejemplo, invirtiendo los brazos Fab en el activador de células T CD20×CD3) para comprender cómo la flexibilidad/orientación de la bisagra modifica la función entre el tipo I y el tipo II.

Los principales hallazgos en palabras sencillas

• El tipo I forma cadenas y "plataformas" de CD20, al menos hexámeros y de mayor longitud; esta geometría es conveniente para C1q, por lo que se incluye mejor el complemento. Ejemplos: rituximab, ofatumumab.
• El tipo II se limita a pequeñas unidades (generalmente hasta tetrámeros), pero presenta mayor citotoxicidad directa y una mayor potencia de destrucción a través de las células efectoras. Ejemplo: obinutazumab.
• La geometría importa. Al cambiar la flexibilidad/orientación de los brazos Fab del anticuerpo biespecífico CD20xCD3, su comportamiento cambia de «tipo II» a «tipo I»: agrupamiento de CD20 ↑ y citotoxicidad directa ↓: una clara relación estructura-función.

¿Por qué es esto importante para la terapia?

• Diseño de próxima generación: ahora es posible diseñar anticuerpos específicamente para un mecanismo deseado (más complemento o muerte más directa) adaptando los ángulos de unión, las bisagras y la valencia para lograr la nanoarquitectura CD20 deseada.
• Personalización y combinaciones. Si la vía del complemento funciona mejor en un tumor en particular, conviene optar por el tipo I (o anticuerpos/biespecíficos que forman largas cadenas CD20). Si la muerte directa es más importante, se debe optar por el tipo II y potenciarlo con vías efectoras.
• Control de calidad y biosimilares. RESI proporciona una prueba geométrica eficaz: se puede entrenar un modelo para que reconozca la "firma" de los oligómeros CD20 correctos y utilizarlo como control biofísico en el desarrollo de biosimilares.

Un poco de mecánica (para los interesados)

• Según la crio-EM y nuevas imágenes, el tipo I (p. ej., rituximab) se une a CD20 en un ángulo poco pronunciado, crea puentes entre los dímeros de CD20 y da lugar a cadenas con plataformas para C1q; el ofatumumab tiene un efecto similar, pero con un paso más pequeño en la cadena y "planta" el complemento de forma aún más estable. El tipo II (obinutazumab) presenta un ángulo más pronunciado y una estequiometría diferente (1 Fab por 2 CD20), por lo que permanece en la zona trímero-tetrámero.

Limitaciones y qué sigue

• Estos son modelos celulares con condiciones cuidadosamente controladas. El siguiente paso es confirmar los patrones clave de agrupaciones de CD20 en muestras de tumores primarios y correlacionarlos con la respuesta clínica.
• RESI es una técnica compleja, pero el equipo enfatiza su versatilidad: puede mapear cualquier objetivo de membrana y sus anticuerpos (desde EGFR/HER2 hasta PD-L1) y también vincular la nanoarquitectura con la función.

Conclusión

Los anticuerpos funcionan no solo según la fórmula del mecanismo, sino también según la geometría que imponen al receptor en la membrana. Esta geometría se ha vuelto visible, lo que abre la puerta a un diseño más preciso de inmunopreparaciones, donde el efecto clínico deseado se define a nivel nanométrico.

Fuente de la investigación: Pachmayr I. et al. Resolviendo la base estructural de la función de anticuerpos terapéuticos en inmunoterapia contra el cáncer con RESI. Nature Communications, 23 de julio de 2025. doi.org/10.1038/s41467-025-61893-w