单克隆抗体(简称单抗)不仅应用于基础科学,还可应用于药物、生物传感器等领域,在医学上具有重大意义。其中鼠源单抗不包含人类基因的成分,能够被人体免疫系统识别,因此用于治疗疾病时容易引起人体的排斥免疫反应,为了克服这一问题,新兴了抗体人源化技术。
抗体人源化是将非人源抗体(如鼠源、兔源或驼源抗体)通过基因工程技术改造,使其结构更接近人类抗体的过程。传统的动物源性抗体在临床应用中可能引发免疫排斥反应或被体内免疫系统清除,导致疗效降低或副作用增加。为了解决这一问题,抗体人源化技术应运而生。其主要目的是通过改造抗体的框架区,将非人源抗体的结构替换为人源的框架区,保留抗体的抗原结合位点和生物活性,从而降低免疫原性,延长药物的半衰期,提高疗效。
抗体人源化技术的核心在于框架区和抗原结合位点的优化。通过基因突变、计算机辅助设计或定向进化等方法,保持抗体的亲和力和特异性,同时使其更加适应人体免疫系统的接受,减少免疫反应。此外,人源化抗体往往具有更好的稳定性和更低的免疫原性,能够在人体内长时间循环,提高治疗效果。
这一技术广泛应用于肿瘤免疫治疗、抗体药物开发、自身免疫性疾病等领域,成为现代生物制药的重要组成部分。随着技术的不断进步,抗体人源化将为更多临床疾病提供有效的治疗手段。常用的抗体人源化改造方法(抗体人源化生产方法)如下:
图1 抗体人源化的方向
1、嵌合IgG抗体
嵌合IgG抗体是将杂交瘤细胞中的鼠源抗体的可变区(V区)基因与人类的恒定区(C区)基因进行重组。该重组抗体通过克隆至载体中,并转入受体细胞进行表达。嵌合抗体技术的关键在于保留抗体的抗原特异性(通过鼠源的可变区),同时通过人源的恒定区减少免疫原性。Reopro、Sylant、Rituximab、Infliximab等是已经上市的人鼠嵌合抗体。
2、嵌合Fab和F(ab’)2抗体
对于大多数该类型的抗体来说,由于亲和力较低,分子量小,很容易被肾小球过滤而从血液中消失,因此大多数不适合单独使用于临床治疗。
3、CDR移植(抗体重构)
CDR移植技术是一种经典的抗体人源化方法,其过程是将鼠源抗体的互补决定区(CDR)序列保留,并将人源框架区(FR)序列克隆到抗体的相应位置。这种方法在保留原有抗体结合特性的同时,大幅度减少免疫反应,从而实现抗体的优化。通常,在进行CDR移植时,还需要通过技术手段进一步改造抗体的亲和力和稳定性,以满足临床应用需求。
4、SDR移植(特异性决定残疾移植)
SDR移植(Specificity Determining Residue)是将可以产生免疫反应的特异性决定残基(位于CDR区)从非人源抗体移植到人源抗体框架区。与CDR移植不同,SDR移植专注于调整那些直接与抗原接触的氨基酸残基,以避免免疫反应并保持抗体的特异性。这种技术有助于降低免疫原性,同时提高抗体的稳定性和亲和力。
5、框架区重构
框架区重构基于对FR的筛选,筛选方式包括表面重塑与糖基化修饰,前者是将氨基酸残基人源化,后者是改变糖基化位点。该技术使抗体具有更高的亲和性。
6、转基因鼠技术
转基因小鼠技术通过将人类抗体的DNA序列转入小鼠基因组,来生产人源抗体。由于免疫系统仍然是小鼠,转基因小鼠生成的抗体与人类抗体非常相似,但仍然存在微小的差异。该技术可用于开发大规模的抗体药物,如Nivolumab(抗PD-1抗体)、Denosumab(抗RANKL抗体)、Panitumumab(抗EGFR抗体)。这些抗体均是通过转基因小鼠技术生产并已经在临床应用中获得成功。
7、抗体库技术
免疫抗体库是通过单细胞克隆技术建立。
非免疫抗体库分为:①半合成抗体:由随机合成的CDR序列构成;②全合成抗体库:可变区由人工合成;③天然抗体库:抗体基因来源于淋巴细胞。
8、噬菌体展示技术
噬菌体展示技术通过在噬菌体表面展示抗体或其片段,筛选具有特定亲和力的抗体。噬菌体展示技术可以构建具有极大容量的抗体库,快速筛选出高亲和力的抗体。代表药物如Necitumumab(抗EGFR抗体)和Adalimumab(抗TNF-α抗体)均通过该技术筛选获得。该技术的优势是能够进行大规模的抗体筛选,缺点是受到氨基酸修饰、库容量等因素的限制。
9、核糖体展示技术
核糖体展示技术基于mRNA-蛋白质-核糖体复合体进行抗体筛选。通过将抗原与核糖体复合体结合,能够在极短的时间内完成抗体筛选和验证。该技术具有更高的筛选准确性,适用于精确的抗体筛选和优化。
10、mRNA展示技术
11、酵母展示技术
酵母展示技术将外源基因定位至酵母细胞表面进行筛选。
12、单细胞技术
该技术可从建立好的抗体库内根据细胞表面标记分子筛选出单个细胞,细胞富集后利用RT-PCR直接获得抗体的重链和轻链基因。
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