单克隆抗体制备过程注射抗原B淋巴细胞骨髓瘤细胞细胞融合课件.ppt
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1、抗体工程制药,2011年6月,第一节 概述第二节 单克隆抗体第三节 基因工程抗体第四节 噬菌体抗体工程第五节 转基因动物表达抗体第六节 抗体工程在制药功业上的应用,第一节 概 述,一、抗体定义,抗体(antibody,Ab):指能与相应抗原特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig):具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白,Ig,Ab,化学结构上的概念,生物学功能上的概念,二、抗体工程发展历程,1890年,Behring和北里柴三郎发现白喉抗毒素1937年,Tiselius等人用电泳法将血清蛋白分为白蛋白、甲种()球蛋白、乙种()球蛋白、丙种()球蛋白,
2、并证明抗体活性主要存在于丙种球蛋白组分。1975年,Khler and Milstein等首次利用B淋巴细胞杂交瘤技术制备出 McAb.在临床上主要用于诊断和治疗。1984年报道了人鼠嵌合抗体,多克隆抗体,单克隆抗体,基因工程抗体,整体水平抗体生成技术,细胞工程抗体生成技术,基因工程抗体生成技术,多克隆抗体(抗血清),单克隆抗体,嵌合抗体、改形抗体,“小型化抗体”(单链抗体),组合抗体库技术,噬菌体抗体库技术,Ig基因转基因小鼠,抗体真核表达技术,三、抗体分子的结构与功能,1、酶解片段,(1)Fab段2个抗原结合片段 fragment with antigen binding(2)Fc段 1个
3、可结晶片段 fragment crystallized,(1)Porter 木瓜蛋白酶,(1)F(ab)2 段 1个 结合颗粒性抗原出现凝集反应(2)Fc段 1个 无生物学活性,(2)Nisonoff 胃蛋白酶,(1)、轻链(light chain,L链)214个氨基酸残基,24KD。分为:与2个亚型。,(2)、重链(heavy chain,H链)450-550个氨基酸残基,55-75KD。分为5类,、链。IgM,IgG,IgA,IgD,IgE。,2、重链和轻链,3、可变区和恒定区,(1)可变区(Variable region,V区)L链N端 1/2处(VL)110个aa;H链N端1/5-1/
4、4处(VH)118个aa。,互补决定区(complementarity-determining region,CDR),HVR1,HVR2,HVR3又分别称为CDR1,CDR2,CDR3,(2)恒定区(constant region,C区)L链C端1/2处,105个aa;H链C端3/4-4/5处,331-431个aa。,在同一种属动物中是比较恒定的,是制备第二抗体进行标记的重要基础。,4、功能区,链内二硫键折叠成球形区称为功能区,约由110个aa组成。,(1)L链:2个,VL,CL各1,(2)H链:IgG,IgA,IgD:4个(V区1个,C区3个)IgM,IgE:5个(V区1个,C区4个),(
5、3)功能区的作用:,(a)VL和VH:结合抗原决定簇(FV区),(b)CL和CH:具有同种异型的遗传标记,(c)CH2:结合补体,(d)CH3:结合Fc受体单核细胞,巨噬细胞,粒细胞,B细胞,NK细胞,C+V2Fab+FcF(ab)2+Fc,V=FR+HVR=FR+CDRC=CL+CH1+CH2+CH3,Ab=,CDR1,CDR2,CDR3,第二节 单克隆抗体,McAb是将抗体产生细胞与具有无限增殖能力的骨髓瘤细胞融合,通过有限稀释法及克隆化使杂交瘤细胞成为纯一的单克隆细胞系而产生的。由于这种抗体是针对一个抗原决定族的抗体,又是单一的B淋巴细胞克隆产生的,故称为单克隆抗体。,一、单克隆抗体制备
6、过程,注射抗原,B淋巴细胞,骨髓瘤细胞,细胞融合、筛选,杂交瘤细胞,细胞培养,筛选,继续培养,足够数量的、能产生特定抗体的细胞群,体外培养,(注射到小鼠腹腔),体内培养,单克隆抗体,传统抗血清,抗 原,免 疫,所有抗体混合,1,2,3,4,脾 脏,淋巴結,B 細胞,多克隆抗体制备过程,1,2,3,4,1,2,3,4,单抗,细胞融合,取出脾細胞,+癌細胞,各抗体分开,单克隆抗体制备过程,1、抗原与动物免疫,抗原:颗粒性抗原和可溶性抗原免疫动物:BALB/c小鼠或Lou大鼠免疫方法:体内免疫和体外免疫,2、细胞融合与杂交瘤细胞的选择培养,基本方法:取适量脾细胞(1*108)与骨髓瘤细胞(2*107
7、3*107)进行混合,在PEG作用下诱导它们融合,时间控制在2min以内,然后用培养液将PEG融合液缓慢稀释,用于细胞融和的骨髓瘤细胞应具备融和率高,自身不分泌抗体,所产生的杂交瘤细胞分泌抗体的能力强且长期稳定等特点。PEG的相对分子质量和浓度越大,其促融和率越高。但其黏度和对细胞的毒性也随之增大。常用浓度为40%50%,相对分子质量4000为佳。相对分子质量在4006000,浓度在10%60%范围内的PEG都能使细胞发生融合。为了提高融合率,在PEG 溶液中加入DMSO,以提高细胞接触的紧密性,增加融合率。但必须严格限制接触时间。,(1)细胞融合液中的细胞类型:4或5种。(2)如何去除脾-瘤
8、以外的融和细胞?,HAT培养基:H(Hypoxanthine):次黄嘌呤A(Aminopterin):氨基喋呤;叶酸拮抗物,阻断DNA合成主要途径 T(Thymidine):胸腺嘧啶核苷;“核苷酸前体”,供细胞通过替代途径合成DNA,HAT选择作用:淋巴细胞:不能生长,57天死亡;DNA合成的主要途径被A阻断骨髓瘤细胞:不能生长,57天死亡;HGPRT缺乏,DNA合成的替代途径受阻 杂交瘤细胞:长期生长繁殖;利用淋巴细胞的HGPRT,将H合成为嘌呤碱并最终与T一起合成DNA,3、筛选阳性克隆与克隆化,常用的克隆化方法:有限稀释法和软琼脂法。,有限稀释法:把杂交瘤细胞悬液稀释后,加入到96孔板,
9、使每孔中在理论上只含有一个细胞。第一次克隆化时也要应用HT培养液,以后的克隆化可用不含HT的RPMI 1640培养液。,软琼脂法:在培养液中加入0.5%的琼脂糖凝胶,细胞分裂后形成小球样团块,由于培养基是半固体状态,可用吸管吸出,移入96孔板培养。,4、单抗检测,RIA(放射免疫测定)ELISA(酶联免疫吸附试验)FACS(流式细胞仪)IFA(间接免疫荧光法),配制方案:杂交瘤细胞(15)x106/ml)+细胞冻存液(30%40%牛血清,50%60%RPMI-1640培养液,10%DMSO)“慢冻”:分步冷冻,30-70液氮“快融”:取出立即浸入3740水浴中,使其迅速融化、复苏,5、杂交瘤细
10、胞的冻存与复苏,细胞冷冻的意义:,防止污染避免染色体丢失防止非分泌细胞的过度生长防止细胞密度过高而死亡,经过反复克隆化获得的抗体阳性杂交瘤细胞株应立即扩大培养(除及时冻存的细胞外)。因多次传代易引起染色体逐渐丢失而使细胞产生抗体能力逐渐减弱甚至消失,还应尽早使用获得的抗体阳性杂交瘤细胞株制备单克隆抗体。,6、单克隆抗体的大量制备,可获得10g/ml的抗体。多采用RPMI 1640培养液,添加10%20%胎牛或小牛血清。但由于培养液中含有血清成分,总蛋白量可达100g/ml以上,给纯化带来困难。加入小牛血清又是发生支原体污染的原因,而且批间质量差异太大,直接影响杂交瘤细胞的生长。改良的方法有:无
11、血清培养法、悬浮培养法、微载体悬浮培养法。无血清培养法:利用白蛋白、胰岛素、转铁蛋白、乙醇胺等混合物代替小牛血清。此法虽可减少污染,但产量不高。悬浮培养法:连续悬浮培养的细胞密度可2*107/ml,收集的单克隆抗体可达400 g/ml。如在培养液中加入微载体,细胞密度可达108。,(1)体外培养法:,基本程序:接种前12周,小鼠腹腔注射0.5ml Pristane(降植烷)或用液体石蜡,然后注射1*106杂交瘤细胞,712d便有腹水生成,待生成腹水后再提取,离心去细胞沉淀,取上清液冻存。优点:操作简便,比较经济,所得单克隆抗体量多且效价高,还可有效地保存杂交瘤细胞株和分离已污染杂菌的杂交瘤细胞
12、株。缺点:小鼠腹水中混有来自小鼠的多种杂蛋白,给纯化带来难度。,(2)动物体内诱生法,可获得10m/ml的抗体。常用方法。,腹腔注射法,7、单克隆抗体的纯化,根据Ig的类和亚类以及用途选择不同的纯化方法:,体外诊断试剂IgG类-沉淀处理+亲和层析,IgM类-沉淀处理+凝胶过滤,体内诊断试剂或治疗用药-亲和层析+阴离子交换层析,注意除去毒素、病毒、核酸等微量的污染物。,盐析沉淀亲和层析离子交换层析,McAb的纯化,8、单克隆抗体的性质鉴定,Ig类型、亚类测定:双扩法或ELISA法特异性测定:抗原类似物的交叉反应效价测定:用腹水或培养液的稀释度表示表位测定:几株单抗是否为不同表位特异的,用竞争抑制
13、法,相加指数法及微机集群分析亲和性测定:测定亲和常数K杂交瘤细胞染色体:秋水仙素裂解法,小鼠B细胞染色体40条,SP2/0细胞68条,杂交瘤细胞一般100多条McAb靶抗原分子量:常用western blot,单克隆抗体的特性,高度特异性高度的均一性和可重复性 弱凝集反应和不呈现沉淀反应对环境敏感性,A、McAb均是鼠源性抗体,应用于人体内可产生人抗鼠抗体(HAMA),加速了排斥反应,在人体内的半衰期只有56h,维持有效药物作用靶组织时间;B、完整的抗体分子的相对分子质量过大,难以穿透实体肿瘤组织,达不到有效的治疗浓度。,McAb 在免疫导向疗法中存在的问题(障碍):,A、降低McAb的免疫源
14、性;B、降低McAb的相对分子质量,需要解决的问题:,解决问题的方法或途径基因工程技术,1984年报道了人鼠嵌合抗体,之后制备出了改型抗体、单链抗体、单域抗体、最小识别单位等多种类型,基本上消除了抗体的鼠源性(免疫源性),相对分子质量只有完整抗体分子的1/801/3。,优点:在体外“永久”地存活并传代用相对不纯的抗原,获得大量高度特异的、均一的抗体。适用于以标记抗体为特点的免疫学分析方法可用于体内的放射免疫显像和免疫导向治疗,单克隆抗体的优点与局限性,局限性:固有的亲和性和局限的生物活性限制了它的应用范围反应强度不如多克隆抗体制备技术复杂、费时费工、价格较高,第三节 基因工程抗体,基因工程抗体
15、(Genetic engineering antibody)指用基因工程方法,对抗体的基因进行重组、缺失、修饰改型等,构建载体,在受体细胞中表达,获得抗体。,将小鼠Ig基因敲除,转染人Ig基因,在小鼠体内产生人Ab,再经杂交瘤技术,产生大量完全人源化抗体,一、人源化抗体,鼠源性单克隆抗体的改造目的和原理,目的:一是降低免疫源性;二是降低相对分子量,增加组织通透性,原理:抗体同抗原结合的功能决定于抗体分子的可变区(V),同种性免疫源性则决定于抗体分子的稳定区(C)。在基因水平上把鼠源性单克隆抗体的H和L链的V区基因分离出来,分别与人Ig的H链和L链的C区基因连接,即成为人鼠嵌合抗体的H和L链基因
16、,再共转染骨髓瘤细胞,就能表达出完整的嵌合抗体.,人一鼠嵌合抗体是将鼠源单抗的可变区与人抗体的恒定区融合而得到的抗体。方法:将鼠源单抗的可变区基因克隆出来,连到包含有人抗体恒定区基因及表达所需的其它元件(如启动子、增强子、选择标记等)的表达载体上,在哺乳动物细胞(如骨髓瘤细胞、CHO细胞)中表达。特点:减少了鼠源性抗体的免疫原性 保留了亲本抗体特异性结合抗原的能力,(一)嵌合抗体,尽管嵌合抗体的免疫原性已降低很多,但有时它仍可能引发较强的免疫反应。为了进一步降低抗体的鼠源成分,发展出CDR移植技术。CDR移植即把鼠抗体的CDR序列移植到人抗体的可变区内,所得到的抗体称CDR移植抗体或改型抗体,
17、也就是人源化抗体。,(二)改型抗体,经过CDR移植,抗体的免疫原性极低,而其抗原结合能力保持不变,结合半抗原及全抗原(如细胞表面受体、病毒等)的改形抗体都已有报道,到现在已有数百种人源化抗体。(美国正式上市的11种治疗性单抗中多数是改型抗体),人源化抗体的构建可用全合成法或定点突变法。全合成法是以人抗体序列为骨架,以鼠抗体的CDR置换人抗体的CDR,将整个可变区序列的两条链分解成若干片段,并使相邻的片段具有彼此互补的粘性末端。合成所有DNA片段,每组片段分别退火,然后逐组连接成完整的可变区基因,插入质粒中,进一步即可用于构建和表达改形抗体。,定点突变法是将人的可变区基因克隆,根据鼠抗体的CDR
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