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单克隆抗体

1 拼音

dān kè lóng kàng tǐ

2 英文参考

monoclonal antibody

3 英文翻译

monoclonal antibody

4 概述

单克隆抗体是由淋巴细胞杂交瘤产生的、只针对复合抗原分子上某一单个抗原决定簇特异性抗体。淋巴细胞杂交瘤是用人工方法使骨髓瘤细胞纯系小鼠的腹水瘤型浆细胞)与已用抗原致敏并能分泌某种抗体的淋巴细胞(常用致敏动物的脾细胞,起作用的是其中的B细胞)融合而成的。用来使上述淋巴细胞致敏的抗原有人和动物的T细胞、B细胞、红细胞肿瘤细胞、各种微生物或其他抗原物质等。这种融合细胞既具有肿瘤细胞能大量、无限繁殖的特性,又具有B细胞能合成分泌特异性抗体的能力。由于一个B细胞克隆只针对一个抗原决定簇产生相对应的抗体,所以一个B细胞与骨髓瘤细胞融合而成的单个杂交瘤细胞,也只产生某种单一的抗体。采用适当方法把杂交瘤细胞分离出来,进行单个细胞培养,使之大量繁殖,则在该培养液中增殖而形成的细胞克隆,只产生完全均一的、单一特异性的抗体,即单克隆抗体。若把能产生特异性抗体的单克隆杂交瘤进行大量培养,或注入原系动物腹腔中,则杂交瘤仍以腹水型方式生长,在培养液或腹水中会含有大量单克隆抗体。用杂交瘤技术制备出来的单克隆抗体纯度高、专一性强、效价高,使用时可免除不同细胞及微生物种或株间血清学上的交叉反应,大大提高了诊断的特异性及敏感性。另外,在研究细胞表面标志、提纯可溶性抗原、进一步研究抗体的结构功能等方面都起着十分重要的作用。

4.1 免疫反应

免疫反应是人类对疾病具有抵抗力的重要因素。当动物体受抗原刺激后可产生抗体。抗体的特异性取决于抗原分子的决定簇,各种抗原分子具有很多抗原决定簇,因此,免疫动物所产生的抗体实为多种抗体的混合物。用这种传统方法制备抗体效率低、产量有限,且动物抗体注入人体可产生严重的过敏反应。此外,要把这些不同的抗体分开也极困难。

近年来,基于生物膜系统的研究和细胞工程的发展,单克隆抗体技术也随之出现,可谓免疫学领域的重大突破。

4.2 抗体

抗体是由B淋巴细胞分化形成的浆细胞合成、分泌的。每一个B淋巴细胞在成熟的过程中通过随机重排只产生识别一个抗原的抗原受体基因。动物脾脏有上百万种不同的B淋巴细胞系,重排后具有不同基因不同的B淋巴细胞合成不同的抗体。当机体受抗原刺激时,抗原分子上的许多决定簇分别激活各个具有不同基因的B细胞。被激活的B细胞分裂增殖形成效应B细胞(浆细胞)和记忆B细胞,大量的浆细胞克隆合成和分泌大量的抗体分子分布血液体液中。如果能选出一个制造一种专一抗体的浆细胞进行培养,就可得到由单细胞经分裂增殖而形成细胞群,即单克隆。单克隆细胞将合成针对一种抗原决定簇的抗体,称为单克隆抗体。

5 单克隆抗体的基本概念

单克隆抗体是指由淋巴细胞杂交瘤产生的、只针对复合抗原分子上某一单个抗原决定簇的特异性抗体。淋巴细胞杂交瘤是用人工方法使骨髓瘤细胞(纯系小鼠的腹水瘤型浆细胞)与已用抗原致敏并能分泌某种抗体的淋巴细胞(常用致敏动物的脾细胞,起作用的是其中的B细胞)融合而成的。用来使上述淋巴细胞致敏的抗原有人和动物的T细胞、B细胞、红细胞、肿瘤细胞、各种微生物或其他抗原物质等。这种融合细胞既具有肿瘤细胞能大量、无限繁殖的特性,又具有B细胞能合成分泌特异性抗体的能力。由于一个B细胞克隆只针对一个抗原决定簇产生相对应的抗体,所以一个B细胞与骨髓瘤细胞融合而成的单个杂交瘤细胞,也只产生某种单一的抗体。采用适当方法把杂交瘤细胞分离出来,进行单个细胞培养,使之大量繁殖,则在该培养液中增殖而形成的细胞克隆,只产生完全均一的、单一特异性的抗体,即单克隆抗体。若把能产生特异性抗体的单克隆杂交瘤进行大量培养,或注入原系动物腹腔中,则杂交瘤仍以腹水型方式生长,在培养液或腹水中会含有大量单克隆抗体。用杂交瘤技术制备出来的单克隆抗体纯度高、专一性强、效价高,使用时可免除不同细胞及微生物种或株间血清学上的交叉反应,大大提高了诊断的特异性及敏感性。另外,在研究细胞表面标志、提纯可溶性抗原、进一步研究抗体的结构和功能等方面都起着十分重要的作用。

6 单克隆抗体技术的基本原理

要制备单克隆抗体需先获得能合成专一性抗体的单克隆B淋巴细胞,但这种B淋巴细胞不能在体外生长。而实验发现骨髓瘤细胞可在体外生长繁殖,应用细胞杂交技术使骨髓瘤细胞与免疫的淋巴细胞二者合二为一,得到杂种的骨髓瘤细胞。这种杂种细胞继承两种亲代细胞的特性,它既具有B淋巴细胞合成专一抗体的特性,也有骨髓瘤细胞能在体外培养增殖永存的特性,用这种来源于单个融合细胞培养增殖的细胞群,可制备抗一种抗原决定簇的特异单克隆抗体。其制备原理示意如下:

单克隆抗体制备原理

单克隆抗体是仅由一种类型的细胞制造出来的抗体,对应于多克隆抗体/多株抗体——由多种类型的细胞制造出来的一种抗体。

单克隆抗体由可以制造这种抗体的免疫B细胞与骨髓瘤细胞融合后的细胞产生的,这种融合细胞即具有瘤细胞不断分裂的能力,又具有免疫细胞能产生抗体的能力。融合后的杂交细胞(杂种瘤)可以产生大量相同的抗体。当其应用于医疗中时,在识别抗原中的显示的微小变化(如果有的话)有助于减小副作用

1975年,瑞士科学家乔治·克勒和英国科学家凯撤·米尔斯坦,把产生抗体的B淋巴细胞与多发性骨髓瘤细胞进行融合,形成杂交瘤细胞。这种细胞兼有两个亲代细胞的特征,既有骨髓瘤细胞无限生长的能力,又有B淋巴细胞产生抗体的功能。因此,这种杂交瘤细胞就能在细胞培养中产生大量单一类型的高纯度抗体。这种抗体叫“单克隆抗体”。

7 单克隆抗体的制备

1975年Kǒhler和Milstein首先报道用细胞杂交技术使经绵羊红细胞(SRBC)免疫的小鼠脾细胞与骨髓瘤细胞融合,建立起第一个B细胞杂交瘤细胞株,并成功地制得抗SRBC的单克隆抗体(monlclonalantibody,McAb)。迄今世界已研制成数以千计的McAb。

单克隆抗体的理化性状高度均一,生物活性单一,与抗原结合的特异性强,便于人为处理和质量控制,并且来源容易,所以一问世便受到欢迎和重视。在医学域中,McAb在诊断疾病、判断预后、防治疾病以及疾病机制研究等方面起着巨大的促进作用。为此,两位发明者于1984年获得诺贝尔医学奖。

7.1 杂交瘤技术的基本原理

杂交瘤抗体技术的基本原理是通过融合两种细胞而同时保持两者的主要特征。这两种细胞分别是经抗原免疫的小鼠细胞作小鼠骨髓瘤细胞。脾淋巴细胞的主要特征是它的抗体分泌功能和能够在选择培养基中生长(选择原理后见),小鼠骨髓瘤细胞则可在培养条件下无限分裂、增殖,即所谓永生性。在选择培养基的作用下,只有B细胞与骨髓瘤细胞融合的杂交才具有持续增殖的能力,形成同时具备抗体分泌功能和保持细胞永生性两种特征的细胞克隆。其原理从下列几个主要步骤阐明。

7.1.1 (一)细胞的选择与融合

建立杂交瘤技术的是制备对抗原特异的单克隆抗体,所以融合细胞一方必须选择经过抗原免疫的B细胞,通常来源于免疫动物的碑细胞。脾是B细胞聚集的重要场所,无论以何种免疫方式刺激,脾内皆会出现明显的抗体应答反应。融合细胞的另一方则是为了保持细胞融合后细胞的不断增殖,只有肿瘤细胞才具备这种特性。选择同一体系的细胞可增加融合的成功率。多发性骨髓瘤是B细胞系恶性肿瘤,所以是理想的脾细胞融合伴侣。目前常用的B细胞瘤株有:P3-X63-Ag8(KǒhlerandMilstein,1975),P3-NSI/1-Ag4-1(KǒhlerandMilstein,1976),X63-Ag8.563(Kearneyetal,1979),Sp2/0-Ag14(Schulmanetal,1978)等,这些细胞株皆为HAT敏感细胞株。

使用细胞融合剂造成细胞膜一定程度的损伤,使细胞易于相互粘连而融合在一起。最佳的融合效果应是最低程度的细胞损伤而又产生最高频率的融合。聚乙二醇(PEG1000~2000)是目前最常用的细胞融合剂,一般应用浓度为40%(W/V)。

7.1.2 (二)选择培养基的应用

细胞融合是一个随机的物理过程。在小鼠脾细胞和小鼠骨髓瘤细胞混合细胞悬中,经融合后细胞将以多种形式出现。如融合的脾细胞和瘤细胞、融合的脾细胞和脾细胞、融合的瘤细胞和瘤细胞、未融合的脾细胞、未融合的瘤细胞以及细胞的多聚体形式等。正常的脾细胞在培养基中存活仅5~7天,无需特别筛选,细胞的多聚体形式也容易死去。而未融合的瘤细胞则需进行特别的筛选去除。

细胞DNA合成一般有两条途径。主途径是由糖和氨基酸合成核苷酸,进而合成DNA,叶酸作为重要的辅酶参与这一合成过程。另一辅助途径是在次黄嘌呤胸腺嘧啶核苷存在的情况下,经次黄嘌呤磷酸核糖转化酶(HGPRT)和胸腺嘧啶核苷激酶(TK)的催化作用合成DNA。细胞融合的选择培养基中有三种关键成分:次黄嘌呤(hypoxanthine,H)、氨甲蝶呤(aminopterin,A)和胸腺嘧啶核苷(thymidine,T),所以取三者的字头称为HAT培养基。氨甲蝶呤是叶酸的拮抗剂,可阻断瘤细胞利用正常途径合成DNA,而融合所用的瘤细胞是经毒性培养基选出的HGPRT细胞株,所以不能在该培养基中生长。只有融合细胞具有亲代双方的遗传性能,可在HAT培养基中长期存活与繁殖(图11-1)。

图11-1细胞融合与HAT选择示意图

7.1.3 (三)有限稀释与抗原特异性选择

在动物免疫中,应选用高纯度抗原。一种抗原往往有多个决定簇,一个动物体在受到抗原刺激后产生的体液免疫应答,实质是众多B细胞群的抗体分泌。而针对目标抗原表位的B细胞只占极少部分。由于细胞融合是一个随机的过程,在已经融合的细胞中,有相当比例的无关细胞的融合体,需细筛选去除。筛选过程一般分为两步进行:一是融合细胞的抗体筛选,二是在此基础上进行的特异性抗体筛选。将融合的细胞进行充分稀释,使分配到培养板的每一孔中的细胞数在0至数个细胞之间(30%的孔为0才能保证每个孔中是单个细胞),培养后取上清以ELISA法选出抗体高分泌性的细胞;这一过程常被习惯地称作克隆化。将这些阳性细胞再进行克隆化,应用特异性抗原包被ELISA出针对目标抗原的抗体阳性细胞株,增殖后进行冻存、体外培养或动物腹腔接种培养。

7.2 制备单克隆抗体的基本技术

制备单克隆抗体是复杂而费时的工作,整个技术流程如图11-2。

7.2.1 (一)抗原提纯与动物免疫

对抗原的要求是纯度越高越好,尤其是初次免疫所用的抗原。如为细胞抗原,可取1×107个细胞作腹腔免疫。可溶性抗原需加完全福氏佐剂并经充分乳化,如为聚丙烯酰胺电泳纯化的抗原,可将抗原所在的电泳条带切下,研磨后直接用以动物免疫。

选择与所用骨髓瘤细胞同源的BALB/c健康小鼠,鼠龄在8~12周,雌雄不限。为避免小鼠反应而不佳或免疫过程中死亡,可同时免疫3~4只小鼠。

免疫过程和方法与多克隆抗血清制备基本相同,因动物、抗原形式、免疫途径不同而异,以获得高效价抗体为最终目的。免疫间隔一般2~3周。一般被免疫动物的血清抗体效价越高,融合后细胞产生高效价特异抗体的可能性越大,而且单克隆抗体的质量(如抗体的浓度和亲和力)也与免疫过程中小鼠血清抗体的效价和亲和力密切相关。末次免疫后3~4天,分离脾细胞融合。

7.2.2 (二)骨髓瘤细胞及饲养细胞的制备

选择瘤细胞株的最重要的一点是与待融合的B细胞同源。如待融合的是脾细胞,各种骨髓瘤细胞株均可应用,但应用最多的是Sp2/0细胞株。该细胞株生长及融合效率均佳,此外,该细胞株本身不分泌任何免疫球蛋白重链或轻链。细胞的最高生长刻度为9×105/ml,倍增时间通常为10~15h。融合细胞应选择处于对数生长期、细胞形态和活性佳的细胞(活性应大于95%)。骨髓瘤细胞株在融合前应先用含8-氮鸟嘌呤的培养基作适应培养,在细胞融合的前一天用新鲜培养基调细胞浓度为2105/ml,次日一般即为对数生长期细胞。

图11-2杂交瘤技术制备单克隆抗体的流程

在体外培养条件下,细胞的生长依赖适当的细胞密度,因而,在培养融合细胞或细胞克隆化培养时,还需加入其他饲养细胞(feedercell)。常用的饲养细胞为小鼠的腹腔细胞,制备方法为用冷冻果糖液注入小鼠腹腔,轻揉腹部数次,吸出后的液体中即含小鼠腹腔细胞,其中在巨噬细胞和其他细胞。亦有用小鼠的脾细胞、大鼠或豚鼠的腹腔细胞作为饲养细胞的。

在制备饲养细胞时,切忌针头刺破动物的消化器官,否则所获细胞会有严重污染。饲养细胞调至1×105/ml,提前一天或当天置板孔中培养。

7.2.3 (三)细胞融合

细胞融合是杂交瘤技术的中心环节,基本步骤是将两种细胞混合后加入PEG使细胞彼此融合。其后吧培养液稀释PEG,消除PEG的作用。将融合后的细胞适当稀释,分置培养板孔中培养。融合过程中有几个问题应特别注意。①细胞比例:骨髓瘤细胞与脾细胞的比值可从1:2到1:10不等,常用1:4的比例。应保证两种细胞在融合前都具有较高活性。②反应时间:在两种细胞的混合细胞悬液中,第1min滴加4.5ml培养液;间隔2min滴加5ml培养液,尔后加培养液50ml。③培养液的成分:对融合细胞,良好的培养液尤其重要,其中的小牛血清、各种离子营养成分均需严格配制。如融合效率降低,应随时核查培养基情况。

7.2.4 (四)有限稀释法

筛选阳性株一般选用的骨髓瘤细胞为HAT敏感细胞株,所以只有融合的细胞才能待续存活一周以上。融合细胞呈克隆生长,经有限稀释后(一般稀释至0.8个细胞/孔),按Poisson法计算,应有36%的孔为1个细胞/孔。细胞培养至覆盖0%~20%孔底时,吸取培养上清用ELISA检测抗体含量。首先依抗体的分泌情况筛选出高抗体分泌孔,将孔中细胞再行克隆化,尔后进行抗原特异的ELISA测定,选高分泌特异性细胞株扩大培养或冻存。

7.2.5 (五)单克隆抗体的制备和冻存

筛选出的阳性细胞株应及早进行抗体制备,因为融合细胞随培养时间延长,发生污染、染包体丢失和细胞死亡的机率增加。抗体制备有两种方法。一是增量培养法,即将杂交瘤细胞在体外培养,在培养液中分离单克隆抗体。该法需用特殊的仪器设备,一般应用无血清培养基,以利于单克隆抗体的浓缩和纯化。最普遍采用的是小鼠腹腔接种法。选用BALB/c小鼠或其亲代小鼠,先用降植烷或液体石蜡行小鼠腹腔注射,一周后将杂交瘤细胞接种到小鼠腹腔中去。通常在接种一周后即有明显的腹水产生,每只小鼠可收集5~10ml的腹水,有时甚至超过40ml。该法制备的腹水抗体含量高,每毫升可达数毫克甚至数十毫克水平。此外,腹水中的杂蛋白也较少,便于抗体的纯化。接种细胞的数量应适当,一般为5×105/鼠,可根据腹水生长情况适当增减。

选出的阳性细胞株应及早冻存。冻存的温度越低越好,冻存于液氮的细胞株活性仅有轻微的降低,而冻存在-70℃冰箱则活性改变较快。细胞不同于菌种,冻存过程中需格外小心。二甲亚砜(DMSO)是普遍应用的冻存保护剂。冻存细胞复苏后的活性多在50%~95%之间。如果低于50%,则说明冻存复苏过程有问题。

7.2.6 (六)单克隆抗体的纯化

单克隆抗体的纯化方法同多克隆抗体的纯化,腹水特异性抗体的浓度较抗血清中的多克隆抗体高,纯化效果好。按所要求的纯度不同采用相应的纯化方法。一般采用盐析凝胶过滤和离子交换层析等步骤达到纯化目的,也有采用较简单的酸沉淀方法。目前最有效的单克隆抗体纯化方法为亲和纯化法,多用葡萄球菌A蛋白或抗小鼠球蛋白抗体与载体(最常用Sepharose)交联,制备亲和层析柱将抗体结合后洗脱,回收率可达90%以上。蛋白可与IgG1、IgG2a、IgG2b和IgG3结合,同时还结合少量的IgM。洗脱液中的抗体浓度可用紫外光吸收法粗测,小鼠IgG单克隆抗体溶液在A280nm时,1.44(吸光单位)相当于1mg/ml。经低pH洗脱后在收集管内预置中和液或速加中和液对保持纯化抗体的活性至关重要。

8 单克隆抗体的应用

把单克隆抗体与抗癌药物毒素结合起来,就成为威力强大的抗体“生物导弹”。把这种抗体“导弹”注射到癌症患者的血液中,它就会发挥导弹样的作用,在患者体内追踪并附着于癌细胞上,然后与抗体结合的抗癌药物或毒素杀伤和破坏癌细胞,而且很少损伤正常组织细胞。这种抗体“导弹”具有高度选择性,对癌细胞命中率高,杀伤力强的优点,没有一般化学药物那样不分好坏细胞,格杀勿论的缺点。美国约翰·霍普金斯医院应用抗体“导弹”治疗晚期肝癌病人,收到惊人效果。肝脏肿癌显著缩小,生存期延长,而且没有副作用。单克隆抗体技术的发明,是免疫学中的一次革命,打破了过去只能在身体内产生抗体的方法,而成功地在体外用细胞培养的方法产生抗体,同时繁殖快,可以产生在体内达不到的高滴度和高专一性的水平。它来自于每一个细胞,所以非常纯净。

单克隆抗体在疾病的诊断和治疗预防方面,与常规的抗体相比,特异性强,灵敏度高,优越性非常明显,可利用此特性制成“生物导弹”用来运送药物至病害部位,主要是癌细胞。

单克隆抗体在生物学和医学研究领域中显示了极大的应用价值,是亲和层析中重要的配体,是免疫组化中主要的抗体,是免疫检验中的新型试剂,是生物治疗的导向武器。

作为医学检验试剂,单克隆抗体可以充分发挥其优势。单克隆抗体的特异性强,可将抗原抗体反应的特异性大大提高,减少了可能的交叉反应,使试验结果可信度更大。单克隆抗体的均一性和生物活性单一性使抗原抗体反应结果便于质量控制,利于标准化和规范化。目前已有许多检验试剂盒用单抗制成,其主要用途如下:

8.1 1.诊断各类病原体

这是单克隆抗体应用最多的领域,已有大量的商品诊断试剂供选择。如用于诊断乙肝病毒、疱疹病毒巨细胞病毒EB病毒和各种微生物感染的试剂等。单克隆抗体具有灵敏度高、特异性好的特点。尤其在鉴别菌种型及亚型、病毒变异株以及寄生虫不同生活周期抗原性等方面更具独特优势。

8.2 2.肿瘤特异性抗原和肿瘤相关抗原的检测

用于肿瘤的诊断、分型及定位。尽管目前尚未制备出肿瘤特异性抗原的单克隆抗体,但对肿瘤相关抗原(例如甲胎蛋白癌胚抗原)的单克隆抗体早已用于临床检验。

近年来,有人利用单克隆抗体进行肿瘤分型,对制定治疗方案和判断预后也有帮助。用抗肿瘤单抗检查病理标本,可协助确定转移肿瘤的原发部位。以放射性核素标记单克隆抗体主要用于体内诊断,结合X线断层扫描技术,可对肿瘤的大小及其转移灶作出定位诊断。

8.3 3.检测淋巴细胞的表面标志

用于区分细胞亚群和细胞分化阶段。例如检测CD系列标志,有助于了解细胞的分化和T细胞亚群的数量和质量变化,对多种疾病诊断具有参考意义。对细胞表面抗原的检查在白血病患者的疾病分期、治疗效果、预后判断等方面也有指导作用。组织相容性抗原是移植免疫学的重要内容,而应用单克隆抗体对HLA进行位点检查与配型可得到更可信的结果。

8.4 4.机体微量成分的测定

应用单克隆抗体和免疫学技术,可对机体的多种微量成分进行测定,如诸多酶类、激素维生素、药物等;对受检者健康状态判断、疾病检出、指导诊断和治疗均具有实际意义。

上述应用的单克隆抗体属于鼠源性,作为体外诊断试剂是满意的。鼠源单克隆抗体如作为生物制剂应用于人体,则因是异性蛋白可引起过敏反应甚至危及生命。从临床治疗及预防疾病的要求,希望制备出人源性单克隆抗体。目前虽然已有文献报道,通过人-鼠细胞杂交及人-人细胞杂交进行了一些探索,但对这些细胞株培养很不稳定,融合细胞中人染色体往往呈选择性丢失,以致细胞株难以维持培养。因此制备人源单克隆抗体是目前急待解决的问题。

9 单克隆抗体药品说明书

9.1 适应症

单克隆抗体被认为对人类癌的诊断和治疗有很高的价值,能分辨正常细胞和恶性细胞的质量和数量。并能与肿瘤结合而达到治疗作用。

9.2 注意事项

有过敏反应、寒战出汗腹泻呼吸困难发热、潮红、头疼高血压骨髓抑制恶心呕吐、皮疹、血清病等。

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