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【重磅】基因工程抗体,能否颠覆这个免疫抗体的时代?

ScienceLondon未止科技  · 公众号  ·  · 2017-06-02 07:45

正文

近日,Abcam向美国抗体公司AxioMx支付了最终的450万欧元,完成了对后者总计3640万欧元的收购。AxioMx,成立于2012年, 是一家专注于使用噬菌体展示技术替代传统抗体生产技术的重组抗体研发及生产公司 。此次收购,使得Abcam完善了重组抗体的生产技术,与已有的传统抗体制备技术相辅相成,从而进一步完善抗体生产领域的布局。目前,abcam已经拥有超过1万种RabMAb重组兔单抗(来源:abcam官网)。

那么,重组抗体是否真的有潜力颠覆现有的动物免疫抗体市场呢?本文将详细介绍关于重组抗体的基本技术、应用领域、市场概况以及未来前景。

重组抗体简介

重组抗体(recombinant antibodies,rAbs),是使用重组DNA技术在体外构建的,不受免疫系统限制而生产的单克隆抗体。由于重组抗体是利用 重组DNA及蛋白质工程技术 对编码抗体的基因按不同需要进行加工改造和重新装配, 经转染适当的受体细胞所表达的抗体分子,因而也被称为 基因工程抗体

生物学原理: 从生物学原理的角度看,只要分离出抗体基因,然后并入质粒DNA载体中,将得到的合成质粒转移到表达宿主,如细菌、酵母或哺乳动物细胞系中,即可在体外表达得到重组抗体,进一步经过分离纯化,变成了高效纯化的重组抗体。 一般而言,但凡单克隆抗体适用的场合,重组抗体也完全适用。

发展历史: 重组抗体的发展经历了 鼠源单抗(monoclonal antibody, McAb)、人鼠嵌合抗体(chimeric atibody)、人源化抗体和全人抗体 四个阶段。大多制备的抗体均为 鼠源性 ,临床应用时,对人是异种抗原,重复注射可使人产生抗鼠抗体,从而减弱或失去疗效,并增加了超敏反应的发生。在 80 年代早期,人们开始利用基因工程制备抗体,以降低鼠源抗体的免疫原性及其功能。 嵌合抗体 是最早制备成功的基因工程抗体,它是由鼠源性抗体的 V 区基因与人抗体的 C 区基因拼接为嵌合基因,然后插入载体,转染骨髓瘤组织表达的抗体分子。因其减少了鼠源成分,从而降低了鼠源性抗体引起的不良反应,并有助于提高疗效。 人源性抗体 是将人抗体的 CDR 代之以鼠源性单克隆抗体的 CDR ,由此形成的抗体,鼠源性只占极少。 完全人源化抗体 采用基因敲除术将小鼠 Ig 基因敲除,代之以人 Ig 基因,然后用 Ag 免疫小鼠,再经杂交瘤技术即可产生大量完全人源化抗体。

生产工艺流程: 哺乳动物重组抗体在 刺激动物免疫系统制备单抗的基础上进行 ,通过构建稳定表达细胞系,对上述实验得到的 抗体测序 得到抗体的序列。在已知抗体基因序列的前提下,将基因序列克隆到相应载体上,利用哺乳动物细胞进行 重组抗体的表达 ,筛选可稳定表达的细胞系, 即可满足后续对抗体的大量需求,节约后续实验时间。 通过序列进行重组抗体表达,针对特定基因只能生产单抗。

图示:哺乳动物细胞重组抗体生产

重组抗体的特点

重组抗体的DNA序列可以通过克隆抗原特异的抗体基因,或从噬菌体文库中筛选获得。重组抗体本质上是单克隆抗体,并和常规的单克隆抗体和多克隆抗体都不同,重组抗体的主要优点包括:
1)重组抗体的序列可以被修饰以适应于具体需要;
2)抗体的产生不依赖于宿主动物的免疫特性;
3)重组抗体不含有动物病原体;
4)体外表达的抗体在批次之间具有非常好的一致性。

重组抗体VS传统动物免疫的优劣对比

通常,通过传统动物免疫来制备多抗和单抗。多克隆抗体是通过收集经过目标抗原刺激动物获得 免疫后的血液 而制成的(只要这只动物还活着,就能够一直提供多克隆抗体);单克隆抗体是通过宿主动物接受目标蛋白免疫,然后提取出能识别并对该抗原发生响应的B细胞,使其与骨髓瘤细胞发生融合,从而成为 可永久培养的细胞 ,不断产生目的抗体。

相比之下,重组抗体不同于传统的单克隆抗体,因为它们的制备不需要动物。通过检测产生该抗体的基因序列(通过对动物的免疫细胞进行测序、或自己设定序列,检测产生的蛋白是否符合目标蛋白);再将该基因插入到合适的细胞株中产生抗体。 由于抗体序列是确定的,即使原始细胞株死亡或发生突变,也能通过基因插入,产生需要的细胞株。

传统的免疫动物生产的抗体,是获取动物血清纯化得到的 ,如果用于药用,人体往往会产生排异反应。利用重组技术生产抗体,不仅能够满足抗体的大规模生产需求, 同时,重组抗体药物的发展已成为目前生物制药的主流之一。

传统的生产抗体的方式是用抗原刺激动物免疫系统 ,这种方式需先制备抗原,且利用这种方法生产抗体难以满足大量的生产(需求大量的实验耗材和时间)。而哺乳动物细胞生产抗体的方式有一定的优势:
(1)已知抗体的基因序列:将序列克隆到表达载体上,导入到哺乳动物细胞体内培养,通过一系列的筛选,最终获得能够稳定生产此抗体基因的稳定细胞系,并能够在后续实验中稳定长期生产。
(2)未知序列的抗体大量生产:先刺激动物免疫系统得到少量抗体通过测序得到抗体序列,通过哺乳动物细胞重组抗体表达筛选稳定表达的细胞系,满足大量生产需求。

综上,将两者的优劣进行对比,汇总如下
多抗
优点: 制备容易;成本较低;应用广泛
缺点: 需要动物;抗体结构较不明确

单抗
优点: 特异性高;重复性好;抗体结构明确
缺点: 需要动物;制备成本高;生产周期长(往往几个月);杂交瘤需要进行单细胞克隆,过程繁琐

重组单抗
优点: 特异性高;重复性非常好;抗体结构明确;批量生产不需要动物;比单抗需要较少纯化的抗原可以开始生产;生产周期短(往往数周即可);理论上可构建针对任何抗原的重组抗体,包括人源和高度保守抗原(如未被小鼠的免疫系统识别为外源的抗原),非免疫原性(不引起免疫应答),以及毒性分子(不能注入鼠标宿主);规避了鼠单克隆抗体引起的人体免疫反应;可以以几种形式生产(Fab片段、单链可变区片段scFv、双抗体(聚体scFv);可以在几个宿主中表达(大肠杆菌、哺乳动物细胞、酵母、真菌、昆虫细胞、甚至植物);适合与药物和毒素融合,因此可用于治疗;规避了以杂交瘤的形式永生化B细胞的需要;可以容易地优化,因为它们的核酸序列被定义并且易于获得;选择过程是高度灵活的,并且可以调整以有利于具有特定性质的抗体的分离。
缺点: 尽管批量生产无需动物,且成本低,但前期制备和生产(转入批量生产前)仍然需要动物免疫,且成本高。

重组抗体的应用情况

目前重组抗体主要是作为以识别目的为主的单克隆抗体或多克隆抗体的替代品,用于试验和研究,因为重组抗体可以降低批量生产成本或规避免疫原性的问题。 较常用的应用技术有:免疫印迹、流式细胞术、免疫化学等 - 这其中重组抗体展现了巨大的发展潜力。







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