Przeciwciała monoklonalne

Przeciwciała monoklonalne (mAb – ang. Monoclonal AntiBodies) – zbiór przeciwciał, które wykazują jednakową swoistość względem danego antygenu i ewentualnie takie samo lub podobne powinowactwo. Nazwa wywodzi się stąd, że wszystkie takie przeciwciała są otrzymywane z jednego klonu limfocytów B. Przeciwieństwem przeciwciał monoklonalnych są przeciwciała poliklonalne, czyli takie, które wiążą różne antygeny i względem tego samego antygenu wykazują różne powinowactwo. Analogicznie: surowica zawierająca przeciwciała monoklonalne to surowica monoklonalna, zaś surowica zawierająca przeciwciała poliklonalne to surowica poliklonalna.

Przeciwciała monoklonalne zostały otrzymane po raz pierwszy przez Cesara Milsteina oraz Georges'a Koehlera w 1975 roku. Są stosowane w diagnostyce w wielu metodach badawczych, próbuje się także stosować je w nowych metodach terapeutycznych, zwłaszcza dotyczących leczenia nowotworów.

Otrzymywanie przeciwciał monoklonalnych

Naukowcy oglądają przeźrocza hodowli komórkowych, które produkują przeciwciała monoklonalne. Hoduje się je w laboratorium, a badacze analizują ich produkty i wybierają najbardziej obiecujące spośród nich.

Przeciwciała monoklonalne można wytwarzać w nieograniczonych ilościach w butelkach jak przedstawione na zdjęciu.

Klasyczna metoda produkcji przeciwciał monoklonalnych opiera się na fuzji komórek szpiczakowych z limfocytami B o żądanej swoistości. Zamysł takiego postępowania polega na połączeniu komórki nowotworowej, obdarzonej "nieśmiertelnością" (czyli zdolnością do nieograniczonej liczby podziałów) i dostarczającej rybosomów, z komórką B o znanej swoistości. Limfocyty B pozyskuje się z śledziony myszy, które wcześniej zaszczepiono antygenem, przeciwko któremu chce się otrzymać przeciwciała monoklonalne. Zakłada się przy tym, że komórka hybrydowa będzie wykazywać swoistość limfocytu B, a nie komórki szpiczakowej. Żeby jednak mieć pewność co do wyniku, stosuje się następujące kroki:

• wybiera się tylko takie komórki szpiczaka, które produkują tylko łańcuch ciężki immunoglobulin lub nie produkują immunoglobulin w ogóle
• komórki szpiczaka uszkadza się w ten sposób, żeby nie mogły produkować np. jakiegoś niezbędnego do życia enzymu. Fuzja dostarczy im tego enzymu, gdyż używane do niej limfocyty B będą go zawierać. Najczęściej stosuje się linie z uszkodzonym genem fosforybozylotransferazy hipoksantynowo-guaninowej (HGPRT), która jest zaangażowana w syntezę puryn.
• komórki hybrydowe hoduje się w selektywnym płynie hodowlanym, który nie zawiera substancji będącej produktem uszkodzonego enzymu. W ten sposób komórki szpiczaka, które nie uległy fuzji z limfocytem B z pewnością zginą. W przypadku zastosowania komórek HGPRT należy dodać do podłoża aminopterynę, która uniemożliwia zajście syntezy puryn alternatywną drogą metaboliczną.
• płyn hodowlany nie może zawierać cytokin, które utrzymują przy życiu limfocyty B. Dzięki temu limfocyty B, które nie uległy fuzji, ulegną apoptozie.
• po paru dniach hodowli komórki rozmieszcza się w osobnych naczyńkach tak, że przeciwciała w danym naczyńku będą pochodzić tylko i wyłącznie z jednego klonu komórek szpiczakowych, będą zatem przeciwciałami monoklonalnymi.

Rodzaje przeciwciał monoklonalnych

Przeciwciała monoklonalne z reguły otrzymuje się operując komórkami myszy. Z tego względu należy spodziewać się odpowiedzi pacjenta, któremu podano przeciwciała monoklonalne, na antygeny myszy. Mimo to, przeciwciała monoklonalne są szeroko stosowane i opracowuje się coraz to nowsze metody bazujące na ich właściwościach.

Klasyczne przeciwciała monoklonalne

Są to przeciwciała monoklonalne, które nie podlegają dalszym modyfikacjom. Ich budowa jest taka sama, jak w przypadku normalnych, poliklonalnych przeciwciał. Takie przeciwciała mogą być łączone z innymi związkami chemicznymi, co pozwala rozszerzyć ich właściwości. Poniżej przedstawione są główne sposoby modyfikacji przeciwciał monoklonalnych.

Immunotoksyny

Immunotoksynami nazywamy połączenia przeciwciał monoklonalnych, czynników wzrostowych (growth factors) lub cytokin z toksynami bakteryjnymi lub roślinnymi. Zasada działania takich koniugatów polega na tym, że po przyłączeniu się do danego antygenu (np. na powierzchni komórki nowotworowej) toksyna może niszczyć komórkę niosącą ten antygen. W ten sposób mogą być niszczone określone komórki bez szkody dla innych komórek organizmu. Jest to możliwe dzięki modyfikacji toksyny w taki sposób, żeby nie mogła ona uszkadzać innych komórek, do których immunotoksyna mogłaby się przypadkowo przyłączyć, np. poprzez część Fc przeciwciała (patrz: przeciwciało: Budowa). Oprócz sprzęgania całego przeciwciała monoklonalnego z toksyną, można także połączyć toksynę jedynie z częścią zmienną przeciwciała.

Połączenie przeciwciał monoklonalnych z lekami

Takie koniugaty tworzy się w podobnym celu, co immunotoksyny. Dzięki temu możliwe jest dostarczenie leku bezpośrednio do chorego miejsca, np. nowotworu. W ten sposób zużywa się mniejszą dawkę leku oraz ogranicza jego efekty uboczne, co w przypadku chemioterapii ma olbrzymie znaczenie.

Połączenie przeciwciał monoklonalnych z izotopami

Koniugaty z radioizotopami umożliwiają lokalne "naświetlenie" komórek nowotworowych. Umożliwia to zmniejszenie dawki promieniowania oraz bardziej precyzyjne naświetlenie. Podobnie jak w przypadku immunotoksyn i połączeń z lekami, połączenia z radioizotopem umożliwiają także zwalczenie małych skupisk tkanek nowotworowych, które nie mogą być wykryte. Ponadto, używając detektorów promieniowania, możliwe jest także zidentyfikowanie miejsc występowania przerzutów, zwłaszcza w postaci bardzo małych guzków, niewykrywalnych innymi metodami.

Przeciwciała o podwójnej swoistości

Są to przeciwciała, które mogą reagować z dwoma różnymi antygenami. Jest to możliwe dzięki sprzężeniu ze sobą dwóch kompletnych przeciwciał monoklonalnych, dwóch części Fab pochodzących z różnych przeciwciał lub dwóch różnych łańcuchów ciężkich połączonych z różnymi łańcuchami lekkimi. Przeciwciała takie można zastosować w leczeniu nowotworów w ten sposób, że jedna część przeciwciała łączy się z komórką nowotworową, druga zaś z limfocytem T cytotoksycznym, co pozwoli na zabicie komórki nowotworowej.

Przeciwciała chimeryczne i humanizowane

Przeciwciała chimeryczne to takie, w których większość łańcucha polipeptydowego stanowi białko ludzkie, natomiast część zmienna lub jej najważniejsze fragmenty są pochodzenia mysiego. W ten sposób możliwe jest zmniejszenie efektów ubocznych związanych z odpowiedzią organizmu pacjenta na mysie immunoglobuliny. Przeciwciałami chimerycznymi z reguły nazywa się te, których cała część zmienna jest pochodzenia mysiego. Jeśli wymienione zostały tylko regiony hiperzmienne, to takie przeciwciała nazywa się humanizowanymi (ang. humanized antibody).

Abzymy

Abzymy to przeciwciała o możliwościach katalitycznych. Zasada ich działania polega na tym, że mogą one przeprowadzić substrat w produkt poprzez związek pośredni, analogicznie do enzymów. Abzymy otrzymuje się w ten sposób, że otrzymuje się przeciwciała monoklonalne przeciwko antygenowi podobnemu do stadium przejściowego reakcji enzymatycznej. Takie przeciwciało może wiązać substrat tej reakcji i przekształcać go do stanu przejściowego, zaś dalsza część reakcji zachodzi samorzutnie. Abzymy są o wiele mniej skuteczne od enzymów, ale prawdopodobnie znajdą zastosowanie w katalizie niespotykanych w przyrodzie reakcji.

Przeciwciała antygenizowane

Otrzymuje się je poprzez zastąpienie trzeciego regionu hiperzmiennego przeciwciała epitopem danego antygenu. Podanie takich przeciwciał powoduje silniejsze pobudzenie układu odpornościowego niż w przypadku podania samego antygenu. Mechanizmy tego zjawiska nie są jednak znane.

Zastosowanie przeciwciał monoklonalnych

Przeciwciała monoklonalne są już używane jako leki, prowadzonych jest też coraz więcej badań nad ich potencjalnymi, przyszłymi zastosowaniami. Główne zastosowania mAb to między innymi:

• terapia nowotworów. Przykładem może być Mylotarg, który jest używany w leczeniu ostrej białaczki szpikowej i będący koniugatem mAb anty-CD33 ze złożonym oligosacharydem indukującym rozcinanie DNA.
• immunosupresja w transplantologii, dająca możliwość wybiorczego hamowania odpowiednich subpopulacji limfocytów
• immunosupresja w chorobach o podłożu zapalnym, w których można użyć przeciwciał skierowanych przeciwko cytokinom wywołującym patologię
• blokowanie krzepnięcia krwi przez blokowanie receptorów płytek wiążących się z fibrynogenem. Znajduje to zastosowanie u pacjentów po angioplastyce.
• neutralizacja toksyn z użyciem przeciwciał monoklonalnych jest lepsza od stosowania surowic (np. w leczeniu tężca), gdyż pacjentowi nie dostarcza się dodatkowego balastu białkowego w postaci białek surowicy obcego gatunku.
• badania diagnostyczne w laboratorium analitycznym (testy ELISA i RIA)
• oczyszczanie różnych substancji z użyciem kolumn wypełnionych neutralną substancją opłaszczoną mAb

Główne problemy terapii z użyciem mAb

Mimo wielu zalet przeciwciał monoklonalnych ich użycie sprawia pewne problemy. Wiąże się to z następującymi zagadnieniami:

• ze względu na trudność w pozyskaniu i hodowli ludzkich linii szpiczakowych oraz etyczne przeszkody w immunizacji ludzi do fuzji używa się komórek mysich. Powoduje to, że produkowane są mysie przeciwciała, mogące wywołać reakcję ludzkiego układu odpornościowego. Problem ten jest rozwiązywany przez przeciwciała chimeryczne i humanizowane. Próbuje się także uzyskać transgeniczne myszy z wprowadzonymi ludzkimi genami dla przeciwciał.
• immunotoksyny mogą przypadkowo uszkadzać inne komórki organizmu, nie tylko te, które są ich celem. Tutaj próbuje się unieszkodliwiać toksyny w ten sposób, aby mogły działać jedynie na komórki, z którymi przeciwciało się łączy swoiście. Stosuje się także immunotoksyny bazujące na przeciwciałach o podwójnej swoistości, przeciwko np. dwóm różnym antygenom nowotworowym.
• przeciwciała monoklonalne są dużymi cząsteczkami i dlatego bardzo powoli migrują do tkanek. Problem ten jest rozwiązywany przez próby wiązania toksyn i leków z częściami zmiennymi przeciwciał.
• otrzymywanie przeciwciał monoklonalnych wymaga stosunkowo dużych nakładów finansowych, jednak rozwój inżynierii genetycznej z pewnością doprowadzi do znacznego zmniejszenia kosztów.