技術(shù)強則藥物強-單個B細胞抗體制備技術(shù)

如今,單克隆抗體藥物以其獨特的作用機制及高效性,在腫瘤和自身免疫疾病的治療中發(fā)揮了不可估量的作用,成為全球的研發(fā)熱點，目前已有2400個單克隆抗體藥物處于研發(fā)及商業(yè)化階段。
 

1975年雜交瘤技術(shù)問世^[1]。1986年鼠源單克隆抗體藥物Muromonab的上市拉開了單克隆抗體發(fā)展的序幕。隨后的50年，單克隆抗體藥物經(jīng)歷了嵌合抗體-人源化抗體--全人源抗體四個階段，產(chǎn)生了抗體偶聯(lián)藥物、抗體融合蛋白、單域抗體等多種新型抗體藥物，標志著免疫療法黃金時代的開啟^[2]。單克隆抗體藥物的推陳出新歸根于單克隆抗體技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新。目前應用的抗體技術(shù)有：雜交瘤技術(shù)、噬菌體展示技術(shù)、天然全人源庫技術(shù)和單個B細胞技術(shù)。

單個B細胞抗體制備技術(shù)原理

單個B細胞技術(shù)^[3]是近年來新發(fā)展的一類快速制備單克隆抗體的技術(shù)，是根據(jù)每一個B細胞只含有一個功能性重鏈可變區(qū)DNA序列和一個輕鏈可變區(qū)DNA序列，以及每一個B細胞只產(chǎn)生一種特異性抗體的特性，從免疫動物組織或外周血中分離抗原特異性B細胞，通過單細胞PCR技術(shù)從單個抗體分泌B細胞中擴增IgG重鏈和輕鏈可變區(qū)基因，然后在哺乳動物細胞內(nèi)表達獲得具有生物活性的單克隆抗體。這種方法保留了重鏈和輕鏈可變區(qū)的天然配對，具有基因多樣性好、效率高、全天然源性的特點，也成為了目前快速開發(fā)針對抗病毒感染性疾病抗體的重要策略。
 

 單個B細胞抗體制備過程

圖1  單個B淋巴細胞抗體制備過程^[4]
 

 1. 鑒定和分離單個B細胞
 

1）溶血斑塊技術(shù)分選B細胞

溶血斑塊技術(shù)原理^[5]是抗原與抗體反應后，在補體作用下能使紅細胞裂解形成溶血斑塊，進而通過顯微技術(shù)篩選和分離抗原特異性B細胞。該方法有點：方便、快捷、特異性好；缺點：紅細胞容易受到溫度、滲透壓、酶等多方面影響，且溶血斑塊技術(shù)分離的B細胞往往不能進行高通量分析和活細胞增殖。

 

圖2  克隆單細胞免疫球蛋白V_H和V_LcDNAs產(chǎn)生特異性抗體的策略^[5]

 

2）MACS法（磁珠分選法)分選B細胞
 

原理是基于抗原抗體結(jié)合的特異性，B細胞表面分子與包被有特異性抗體的磁珠相結(jié)合，形成表面分子-抗體-磁珠復合物，在外加磁場中，通過抗體與磁珠相連的細胞被吸附而滯留在磁場中，不能與特異性抗體相結(jié)合的細胞由于沒有吸附磁珠，不在磁場中停留，從而使細胞得以分離^[6]。該方法優(yōu)點：操作簡單、穩(wěn)定、重復性好；缺點：用到的抗體種類較多、對磁珠與磁珠柱的質(zhì)量要求較高、費用較高。該方法可以和其它分離方法配合使用。
 

 

3）微雕刻和ISAAC方法分選B細胞

微雕刻技術(shù)原理^[7]是基于軟光刻微陣列芯片識別、克隆抗原特異性B細胞的方法。通過刺激多克隆B細胞，并將其逐個分布到芯片孔內(nèi)進行培養(yǎng)產(chǎn)生抗體，然后將改芯片孔內(nèi)抗體轉(zhuǎn)印至相應的蛋白芯片，通過與目標抗原反應后，再與熒光抗體反應，最后根據(jù)熒光抗體染色結(jié)果，通過顯微操作將分泌特異性抗體的B細胞轉(zhuǎn)移到細胞培養(yǎng)皿中進行后續(xù)克隆操作或抗體基因擴增。ISAAC(芯片免疫斑點微陣列測定)^[8]，是微雕法的延伸，是用包被于芯片表面的抗IgG抗體替代了抗體轉(zhuǎn)移過程，并且能在同一塊芯片上研究針對多種不同目標抗原的特異性抗體，并分離多種抗原特異性B細胞。這兩種方法優(yōu)點：高通量、高特異性、高靈敏度；缺點：芯片陣列的構(gòu)建價格較高、芯片上抗體包被比較復雜。
 

圖4  ISAAC技術(shù)檢測單個抗體分泌細胞^[8]
 

4）FACS法分選B細胞
 

FACS法原理^[9]是基于抗原抗體的特異性反應，利用熒光素標記的B細胞表面分子的抗體，以及標記的特異性抗原，通過多色流式分析與分選的方法，篩選抗原特異性B細胞。FACS分選可以將單個抗原特異性B細胞分選入細胞培養(yǎng)板的單孔中，直接進行抗體基因的擴增與測定。該技術(shù)是目前應用較廣泛的一種方法。優(yōu)點：分離B細胞快速、準確、大量、多參數(shù)同時分析；缺點：費用高、通電磁場對細胞有一定損傷，會影響細胞活性。

 

(A) 傳感器的流體力學聚焦和振動產(chǎn)生的液流斷裂成液滴，其含有已被熒光標記抗體染色的細胞。(B) 通過激光掃描液滴，并對信號進行處理以給出“分類決策”（如果液滴含有綠色熒光細胞，則將進行充電并相應分類）。(C)當液滴脫落時，施加電荷。(D) 含有目標細胞的帶電液滴由靜電場引導進入指定的收集管完成分類。

 

5）微流控技術(shù)分選B細胞
 

結(jié)合微流控設(shè)備和芯片的技術(shù)是目前主流的商業(yè)化單B細胞平臺。BLI公司（Berkeley Lights，Inc）的Beacon單細胞光導系統(tǒng)受到多家大型藥企的青睞。Beacon平臺是通過微流控系統(tǒng)將分泌抗原特異性抗體的細胞輸送到芯片部位，并通過光電定位技術(shù)OEP將單細胞分離到芯片的各個小室中。而后采用基于磁珠的雙色熒光結(jié)合實驗檢各細胞的分泌物，分泌抗原特異性抗體的細胞會產(chǎn)生熒光信號，被儀器識別，單個陽性細胞通過OEP技術(shù)被導出輸送到96孔板中，進行進一步的測序、表達。該系統(tǒng)集單細胞分選和檢測及分析為一體，靈敏度和準確度高。

 

 

2. 擴增和克隆抗體基因

通常通過FACS法分離抗原特異性B細胞后，將其分選至含裂解液的96孔板中，裂解B細胞并釋放細胞內(nèi)RNA。隨后通過RT-PCR、巢式PCR得到抗原特異性單個B細胞抗體可變區(qū)基因。

3. 表達、篩選和鑒定抗原特異性抗體

FACS分選的單個B細胞抗體基因擴增、載體構(gòu)建、抗體表達及活性驗證是必要步驟。表達系統(tǒng)常用的是原核表達系統(tǒng)（例如大腸桿菌）或真核表達系統(tǒng)。在大腸桿菌中，通常表達抗體的抗原結(jié)合片段（Fab),而在哺乳動物中，可以表達完整的IgG分子�？贵w生物活性驗證主要通過ELISA、間接免疫熒光、中和試驗等常規(guī)方法來驗證；除此之外，還可以通過流式分析法、免疫共沉淀、空斑法、空斑減少中和試驗等方法來驗證。

 

單個B細胞抗體制備技術(shù)應用

單個 B 細胞抗體技術(shù)制備的單克隆抗體在抗病毒治療、神經(jīng)性疾病治療、免疫疾病治療等方面顯出了獨特的優(yōu)勢和良好的應用前景。

1. 抗病毒治療應用

許多單B細胞抗體對病毒的治療正在臨床試驗階段中。HIV引起獲得性免疫缺陷綜合征，全球已有6390萬人感染，通過單B細胞技術(shù)已獲得5種抗HIV包膜蛋白的抗體(3BNC117; 10-1074; VRC01; PGT121；N6)正在臨床I/II 期實驗中進行評價。利用單個B細胞抗體技術(shù)，從治愈后的患者血液中分選抗體分泌的單個B細胞，快速鑒定和表達抗體基因，特別是對于新型病毒的治療和預防有很大幫助。

2. 神經(jīng)性疾病治療應用

偏頭痛是全球第三大最常見疾病和第六大致殘性疾病，這是一種常見的慢性神經(jīng)血管性疾病。2020年2月21日，Lundbeck宣布其偏頭疼藥物Vyepti（eptinezumab，兔抗體藥物）獲得美國FDA批準上市。Vyepti是由單B細胞技術(shù)制備的兔抗體藥物，靶向結(jié)合降鈣素相關(guān)基因肽（CGRP）配體，阻斷其對受體的結(jié)合作用。其II期臨床結(jié)果顯示許多患者的偏頭痛天數(shù)可以減少75%。此外，該公司的另一種偏頭疼藥物ALD1910正處于臨床前研究階段。

3. 免疫疾病治療應用

單個 B 細胞抗體制備技術(shù)能夠分離到人體內(nèi)任意時期的B細胞，使得詳細深入地研究人體免疫系統(tǒng)各個階段功能和機理成為可能。對于自身免疫性疾病和其他免疫系統(tǒng)疾病治療抗體研究有良好的應用前景。
 

雖然，單個B細胞抗體制備技術(shù)具有效率高、全人源、基因多樣性更豐富等優(yōu)勢。但2020年之前的10年中FDA尚未批準任何該方法制備的抗體藥物，且仍有一些不足，還有要不斷克服和完善。全人抗體開發(fā)成為近期藥物開發(fā)的趨勢，多種抗體技術(shù)的結(jié)合也將產(chǎn)生更多有效藥物，在醫(yī)藥領(lǐng)域極具前景。
 

百奧賽圖引入Beacon®單細胞光導系統(tǒng)，將分離和鑒定產(chǎn)生抗體的原代B細胞的工作在不到一天的時間內(nèi)完成，結(jié)合自主開發(fā)的全人抗體RenMab小鼠，能夠快速高效獲得全人抗體，建立一站式抗體藥物開發(fā)平臺。百奧賽圖將通過“千鼠萬抗”計劃,打造全球創(chuàng)新藥物發(fā)源地，助力合作伙伴加快藥物研發(fā)進程。

 

圖 7  百奧賽圖RenMab小鼠+Beacon平臺加速抗體發(fā)現(xiàn)過程

 

參考文獻
 

[1] Kohler G., Milstein C. Continuous cultures of fused cells secreting antibody of predefined specificity[J]. Nature, 1975, 256(5517):495-497.

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[11] http://commercial.dxy.cn/article/680978?trace=hot
 

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