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单克隆抗体技术

普罗安蒂诊断抗体,蛋白表达 2018-08-27

            单克隆抗体技术

   用细胞融合技术将免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合成杂交瘤细胞﹐通过筛选﹐经单个细胞无性繁殖(克隆化)后使每个克隆能持续地产生只作用于某一个抗原决定簇的抗体的技术。


  单克隆抗体简称单抗(McAb)﹐由于具有特异性﹑均一性﹑高效性和无限供应性﹐以及能利用不纯的抗原制备纯的单一的抗体等特点﹐在免疫学﹑医学﹑生物学等领域的基础研究和临床医学上﹐对疾病(包括癌症)的诊断﹑预防和治疗等方面﹐均显示出巨大的生命力。


   脊椎动物身体受到外来抗原的刺激后﹐通过液体免疫系统产生出抗体──免疫球蛋白﹐分布于血清中﹐但由于抗原分子表面有许多不同的抗原决定簇﹐每一个抗原决定簇只能刺激机体中相应的B淋巴细胞产生相应种类的抗体。而一种抗体只能和它相对应的抗原决定簇结合﹐所以﹐带有多种抗原决定簇的抗原免疫动物﹐其血清中会出现多种抗体的混合物﹐因而抗体的特异性﹑均一性﹑有效性都很低﹐并且产量也有限。这样的抗体产物即使用物理化学和生物化学手段也难以分离和纯化﹐因而不能适应医学和生物学对单一纯抗体的需求。


   发展简史20世纪60年代初有人观察到小鼠和大鼠体细胞融合后可得到杂交细胞﹔70年代初又有人建立了小鼠骨髓瘤细胞系﹔1973C.米尔斯坦等人在研究抗体合成的遗传机制时发现融合细胞的共显性﹐即来自两个亲本的信息在子代身上均能显现﹔这个发现使G.克勒和C.米尔斯坦在1975年成功地建立了淋巴细胞杂交瘤技术。此后﹐世界各国科学家用这个技术研制出数以千计的单抗。目前已实现商品化生产。


    基本步骤 细胞融合 将鼠或人(目前多用小鼠)的处于对数生长期的骨髓瘤细胞(浆细胞的肿瘤细胞)与经过免疫的同系动物的脾细胞(脾是大量B淋巴细胞的来源)在有促融合剂聚乙二醇的情况下混合﹐使之彼此融合。


   杂交瘤的选择 将融合后的细胞分放到含HAT(次黄嘌呤﹑氨基喋呤和胸腺嘧啶核 )选择性培养液中﹐在96孔或 24孔组织培养板中培养。由于氨基喋呤 (aminopterin)能阻断核酸生物合成的主要途径﹐而骨髓瘤细胞又缺少次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移(HGPRT)或胸腺嘧啶核激(TK)﹐因而不能利用外源的次黄嘌呤和胸腺嘧啶核通过补救旁路进行核酸合成。所以骨髓瘤细胞自身融合的杂交瘤全部死亡﹔脾细胞虽具有这些﹐但在体外培养条件下只能存活数日﹐只有脾细胞与骨髓瘤细胞融合的杂交瘤细胞继承了脾细胞分泌 HGPRTTK的特性﹐通过补救旁路﹐利用外源的次黄嘌呤和胸腺嘧啶核合成DNA而增殖。


  分泌特异性抗体杂交瘤的筛选和克隆化利用血凝﹑放射免疫和联免疫等技术测试各培养孔的上清液﹐以确定哪些孔内含有能分泌特异抗体的杂交瘤克隆﹐即找出阳性孔。阳性孔中往往含有多个杂交瘤克隆﹐因而含有多种针对不同抗原决定簇的抗体﹐采用有限稀释〔也称十倍递增()稀释〕等方法可使一个培养孔中仅有一个杂交瘤细胞﹐这一个细胞经无性繁殖而生成一个纯系的细胞群(克隆)﹐经多次克隆化后﹐每一个克隆能持续分泌大量单一的高纯度抗体﹐被称为单抗。


   McAb大量制备和纯化 杂交瘤细胞培养液McAb的含量只有每毫升10微克。如将杂交瘤细胞注射到与细胞同系的小鼠〔预先注射过降植烷 (nor-hhytane)〕腹腔内﹐小鼠产生的腹水中McAb含量就可高达每毫升520毫克。杂交瘤可冷冻保存在液态氮中﹐以便随时复苏制备腹水McAb。用纯的抗原做成免疫亲和层析柱可从腹水中直接分离到纯的McAb﹐而用羟基磷灰石的高效液相层析能从细胞培养液的上清液或腹水中大量制备纯的McAb


   在生物学上的应用 分离纯化﹑蛋白质和多等生物大分子用McAb可以从混合物中一步纯化某一种所需的物质。如干扰素是治疗病毒病和癌症的非常有希望的药物﹐但难以分离提纯﹐用抗干扰素单抗做成免疫吸附柱可一步把干扰素纯化5000倍。


    研究蛋白质﹑﹑核酸的结构与功能及其基因定位用McAb能检测﹑分离和研究难以纯化的复杂生物系统抗原膜蛋白和激素受体﹔分析人血清脂蛋白 B抗原决定簇﹔用于人型溶胶原细胞内的定位﹔识别溶体不同形式和转译后被修饰的形式﹔研究胎盘的碱性磷酸脂的遗传变异﹔用与帽子相联的蛋白质McAb去研究真核5-帽子结构(指大多数真核细胞的 mRNA在转录之后在5端加上一个甲基鸟酸残基的分子结构﹐后者就是帽子”)﹔用 Z-DNAMcAb做成免疫吸附柱去分离含Z-DNA质粒等。


   病毒学中的应用 用于病毒的快速诊断﹑定型﹑区分野生株和疫苗株﹔纯化低浓度的难以分离的病毒﹔病毒抗原结构的分析﹔分析病毒毒力的分子基础﹔研究病毒蛋白质促细胞融合功能﹐以及抗原变异的分子基础(仅一个氨基酸的替换)等。此外﹐在用McAb选择变异株类制备流感病毒的疫苗方面也进行了探索性研究。


   在生物技术中的应用McAb技术与重组DNA技术已被相提并论﹐用McAb可以先确定感染原上特异的具有免疫优势的决定簇﹐然后把相应的基因插入载体﹐利用体外转译体系和McAb检测该基因是否被插入﹔利用McAb寻找高效的表达系统和检测基因表达产物﹔基因克隆在表达系统高效表达后﹐McAb做成的免疫吸附柱可以从复杂的表达产物中进一步纯化该抗原。McAb技术和基因工程的有效结合已用来生产干扰素及亚单位疫苗等生物制品。


   在医学上的应用 用于传染性﹑免疫性疾病和癌症的诊断﹑定位﹑预防和治疗。McAb犹如生物导弹带有放射性同位素的McAb或带有抗癌药物的McAb能定向地与癌细胞相结合﹐它们所带的药物就能准确地杀死癌细胞﹐而正常细胞安然无恙﹔标记的放射性同位素能定位病灶﹐便于手术治疗﹔大剂量的放射性同位素还可用于放射治疗。


   McAb还能作为临床检验的标准化试剂﹐用于ABO血型﹑妊娠﹑激素和药物的测定。


    在器官移植方面McAb也有广阔的前景﹐一旦被测试人的组织配型的一套McAb商品化﹐在器官移植中就可选择匹配的组织配型供体﹐以保证移植的成功。


  在免疫学方面McAb已用于确定和分离人的T细胞群﹐识别T细胞表面抗原﹐研究T细胞的分化和免疫球蛋白本身的结构和基因分析。


   McAb技术的新进展 体外免疫法制备McAb将抗原加入正常小鼠脾细胞悬液﹐体外培养4天后取体外免疫过的脾细胞进行融合或采用麻醉手术切开小鼠腹腔﹐将抗原直接注射到脾脏内﹐80小时后取脾细胞进行融合﹐优点是抗原用量极微﹐免疫时间短﹐分泌抗体的杂交瘤比例高。


   体外产生人的McAb由于某些抗原不能直接注射到人体内﹐人-小鼠杂交瘤不稳定﹐人的携带分泌抗体基因的染色体容易丢失﹔来自小鼠的McAb对人体会引起有害的免疫反应﹐因此﹐科学家们设法从体外产生人的McAb﹐用抗原刺激人的离体外周血液单核细胞﹐将这些被抗原刺激的细胞经传染性单核增多症病毒转化成淋巴母细胞﹐再经克隆化后可以继续生长并分泌相应的McAb。也可以将已转化的淋巴母细胞与骨髓瘤细胞融合﹐再制备McAb


   基因工程技术生产McAb把抗体基因插入载体并在表达系统中表达﹐然后取出抗体片段在实验室中再构成有功能的McAb。也可以制备一个嵌合体﹐即结合抗原的可变区来自小鼠﹐稳定区来自人﹐这样的抗体很少对人产生有害的免疫反应。


    微胶囊技术生产人的McAb将人-人杂交瘤细胞在液体培养基中的多孔糖类微胶囊里生长﹐它们代谢产物中的小分子可以通过微胶囊膜逸出﹐而细胞本身和McAb则留在里面。将微胶囊从培养液中分离出来﹐洗涤破碎后就能得到高浓度的McAb


   采用中空纤维生物反应器﹐能大规模培养杂交瘤细胞﹐每月可生产2040McAb。以生物素-亲和素为介导的选择性电融合技术﹐使产生的杂交瘤均能分泌特异性抗体﹐而且亲和力高﹐从而大大缩短筛选过程。


   McAb的抗个体基因型抗体将是制备完全疫苗的新途径