Моноклональные антитела.  Получение и применениев клинической медицине.

Григорова А.Ю.

Научный руководитель:к.м.н., доцент  Ходакова Н.Г.

ФГБОУ ВО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава РФ

Кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии

Аннотация. Клонально-селекционная теория иммунитета нашла своё практическое применение в разработке и создании моноклональных антител. Моноклональные антитела –это антитела одной специфичности, синтезированные клоном, т.е. потомством одной антителобразующей плазматическкой клетки. Они нашли широкое применение в области фундаментальной и прикладной медицины.  

Цель работы: изучить современные аспекты получения и применение моноклональных антител в диагностике и терапии на современном этапе развития медицины.

Задачи:

1.         Изучить понятие моноклональных антител.

2.         Рассмотреть особенности получения моноклональных антител на современном этапе.

3.         Обозначить сферы применения моноклональных антител в медицинской практике.

    Моноклональные антитела обладают уникальной специфичностью, так как имеют максимальное сродство только к определённому эпитопу молекулы антитела.  В связи с этим к антигену с несколькими эпитопами можно получить столько моноклональных антител (МКА), сколько имеется антигенных детерминант, и в дальнейшем отобрать клоны лимфоцитов, которые будут продуцировать антитела только нужной специфичности, что обусловлено способностью МКА с высоким сродством взаимодействовать с определённым эпитопом. (рис.1)

Получение моноклональных антител стало возможным в 1975 году с использованием гибридомных технологий. Данный процесс был изобретён Жоржем Кёлером и Сезаром  Мильштейном. С этой целью применялась линия миеломных клеток, которые объединяли с В-лимфоцитом, в результате чего получали гибридому. От В-лимфоцита гибридома получила способность к синтезу антител определённой специфичности, от опухолевой клетки-способность длительно размножаться. Таким образом гибридома является постоянным источником антител (рис.2).

Гибридомы вводили в брюшную полость мышам-реципиентам, где происходило их размножение с накоплением в асцитической жидкости большого количества МКА. В настоящее время используются специализированные аппараты, приспособленные для выращивания культур клеток без использования организма мыши.

      Первые антитела были полностью мышиными и не нашли широкого применения. Они обладали высокой чужеродностью, поэтому быстро выводились из организма, теряя своё действие, и, самое главное, вызывали иммунный ответ. С помощью методов генной инженерии были получены химерные МКА, в которых константные участки мышиных антител были заменены на соответствующие константные домены иммуноглобулинов человека. Было отмечено, что иммуногенность химерных МКА была значительно ниже по сравнению с мышиными. В последующем была поставлена задача-разработка гуманизированных МКА, которые должны состоять на 90-95% из человеческого иммуноглобулина. Мышиными в таких МКА остаются только гипервариабельные участки, ответственные за связывание антитела с антигеном.

  Появление новейших биотехнологий клонирования генов иммуноглобулинов позволило отказаться от использования мышей. Таким образом были получены полностью человеческие МКА, обладающие самой низкой иммуногенностью (рис.3)

  В настоящее время стало возможным как получение рекомбинантных аналогов уже существующих антител, так и создание новых антител, специфичные к различным эпитопам, с использованием достижений протеомики, обратной геномики и секвенирования.

  Современные методы генной инженерии открыли новые возможности: вариабельные и константные участки генов, кодирующих антитела, можно комбинировать и индуцировать в них мутации. Некоторые виды мутации увеличивают аффинность (сродство) рецептора к антигену, и B-клетки, имеющие такие рецепторы, способны размножаться и продуцировать антитела с большой аффинностью. Таким образом, данный механизм позволяет создать синтетические моноклональные антитела нужной специфичности и аффинности, не прибегая к использованию мышей. Получение таких антител даёт возможность сконструировать сайт распознавания антигена для любой поставленной задачи.

     Создание синтетических антител стало возможным благодаря появлению дисплейных методов, например, фагового дисплея.   Для создания антитела без использования гибридомы была необходима библиотека с нужными антителами.  Фаговая библиотека представлена популяцией бактериофагов, каждый из которых экспонирует на своей поверхности уникальную комбинацию вариабельных доменов тяжелых и легких цепей, чаще всего одноцепочечное антитело или Fab-фрагмент. Благодаря фаговым библиотекам можно создать ген с мутацией для экспрессии в бактериальной клетке и получить достаточное количество антител. Сегодняшние библиотеки имеют более 10 миллиардов фрагментов антител со своими особенностями.

          Разработка технологии получения МКА имела революционное значение в иммунологии, молекулярной биологии и медицине, позволив создать совершенно новые научные направления. Благодаря МКА возникли новые методы диагностики и лечения инфекционных и неинфекционных заболеваний. Среди тех направлений, где используются моноклональные антитела, можно выделить идентификацию субпопуляций лимфоцитов, определение групп крови, диагностику онкологических заболеваний, анализ эмбрионального развития, анализ иммунного статуса. Так, при определении группы крови в реакции агглютинации МКА применяются с целью определения агглютиногенов на поверхности эритроцитов, что связано с высокой чувствительностью, чёткостью и быстротой наступления агглютинации. Антитела позволяют отказаться от услуг донора, чья кровь используется для приготовления изогемагглютинирующих сывороток.

Моноклональные антитела активно используются в таких диагностических реакциях, как иммунохроматографический анализ, иммунорадиометрический анализ, иммунофлюоресцентный анализ, иммуноферментный анализ. Так, благодаря способности связываться с одним строго определенным антигенным сайтом, МКА широко используются в системе иммуноферментного анализа, повышая его специфичность. Выявление образовавшегося в процессе реакции комплекса антиген-антитело осуществляется с использованием конъюгата. Для получения конъюгата используется ферментная метка, объединённая с моноклональным антителом. МКА нашли широкое применение в терапии онкологических заболеваний, так как они используются для обнаружения онкомаркеров.

       На основе моноклональных антител создаются терапевтические препараты. Например, МКА достаточно часто применяют для лечения опухолевых, аутоиммунных и сердечно-сосудистых заболеваний.

      МКА объединяют с токсином или радиоактивным веществом, которые доставляются в опухолевые образования и метастазы. Это позволяет обнаружить локализацию узелков опухоли. В медицине были разработаны два вида препаратов моноклональных антител противоопухолевого назначения.  Неконъюгированные антитела ориентированы на определённый рецептор на поверхности злокачественной клетки. Так, они активируют процесс апоптоза. Конъюгированные антитела связаны с цитотоксическими или радиотоксическими веществами, что позволяет прицельно воздействовать разрушающим агентом на злокачественные клетки. Таким образом, МКА вызывают замедление опухолевого роста и регресс опухоли, также антитела используются для профилактики рецидивов.

         Антицитокиновая терапия таких аутоиммунных заболеваний, как, например, ревматоидный артритит и псориаз, с использованием препаратов на основе моноклональных антител, избавляет человека от аутоагрессии некоторых компонентов иммунной системы, сохраняя её активность. В то же время, применение классической терапии при аутоиммунных заболеваниях подавляет весь сложных механизм работы иммунной системы. В результате организм человека не способен противостоять бактериальным инфекциям, вирусам.

       Антитела активно используются при лечении и профилактике реакции «трансплантат против хозяина» при аллогенной трансплантации клеток, органов и тканей. Они блокируют рецептор, препятствуя связыванию интерлейкина-2 со специфическим рецептором, тем самым тормозят иммунный ответ, направленный на отторжение трансплантата.

     Начиная с 2021 в практике лечения коронавирусной инфекции, вызванной вирусом COVID-19, использовали препараты на основе МКА. Известно, что при коронавирусной инфекции увеличивается образование провоспалительных цитокинов, интерлейкина-6, что обуславливает избыточный воспалительный ответ и выражается в полиорганной недостаточности. Препараты на основе МКА выступают в качестве супрессивных иммуномодуляторов и прицельно блокируют интерлейкин-6. Терапевтическая ценность таких препаратов была доказана на ранних стадиях заболевания. Использование МКА позволило снизить количество летальных исходов, а также уменьшить риск передачи инфекции при заболевании.

       Номенклатура лекарственных препаратов на основе МКА имеет характерные особенности. Так, название препаратов должно оканчиваться на «–mab», также в название должен быть отражён источник получения моноклональных антител: «-u» – препарат содержит человеческое антитело, «-о» – содержит мышинное антитело, «-xi» – химерное антитело (например, Abciximab), «-zu» – гуманизированное.

      Выводы. Моноклональные антитела успешно вытесняют и заменяют традиционные иммунные сыворотки и другие препараты на основе антител. Согласно статистике последних лет количество препаратов на основе МКА, находящихся на разных ступенях разработки, превышает 570. Сегмент моноклональных антител занимает ведущее положение на биофармацевтическом рынке, отличаясь большим темпом развития относительно других лекарственных препаратов. Развитие современных методов производства моноклональных антител превратило их в точный научный инструмент, с помощью которого будут найдены новые подходы к лечению и диагностике инфекционных и неинфекционных заболеваний человека. Новое поколение МКА обладает высокой специфичностью и низкой токсичностью, более высокой стабильностью, это допускает возможность их перорального, ингаляционного или местного применения.