Введение
При введении в организм животных и человека чужеродных макромолекулярных веществ — белков или полисахаридов (антигенов) в крови начинают появляться защитные белки - антитела, для которых характерна уникальная специфичность. Каждое антитело узнает только свой антиген, если быть точным, то только одну его детерминантную группу. Детерминантная группа состоит из нескольких аминокислот (обычно из 6—8), которые образуют пространственную структуру, характерную для данного белка.
В одном белке, который состоит из нескольких сотен аминокислот, имеется несколько (5-15) разных детерминант, значит, к одному белку образуется целое семейство различных по своей специфичности антител. Даже к одной детерминанте образуется целый спектр антител, отличающихся по структуре, степени специфичности и прочности связывания с ней. Детерминантные группы полисахаридных антигенов образуются 3—6 остатками моносахаридов.
Значит, при введении антигена возникает очень большое семейство антител, которые направленны к разным его детерминантам. В каждой возникшей группе антитела, направленные к одной детерминанте, различаются между собой. В крови иммунизированных животных появляется богатый и уникальный по составу спектр антител, который и обеспечивает абсолютную специфичность в распознавании данного антигена[1].
Антитела используются для нейтрализации бактериальных токсинов (дифтерийного, столбнячного), змеиных ядов (кобры, гадюк) вирусов, попавших в кровь (особенно эффективно вируса кори), и для идентификации индивидуальных белков (и других антигенов), находящихся в клетке или сложнейших тканевых экстрактах. Однако иногда требуются не многокомпонентные смеси антител, возникающие в крови в ответ на введение антигена, а отдельные, элементарные составляющие этой смеси, направленные лишь к одной детерминанте антигена и имеющие одни и те же характеристики. Такие антитела бывают, нужны как для изучения их собственной природы, так и для практического использования, например для ставки в опухоли токсических веществ[3].
Актуальность проблемы: Моноклональные антитела (МАТ) открыли большие перспективы и стали мощным инструментом в научных исследованиях для создания новых диагностических и лечебных средств в медицине, биологии и иммунологии. В последние годы широко разрабатываются и используются биологические препараты, созданные на основе МАТ.
Цель: Изучить область применения моноклональных антител и перспективы их использования.
Задачи:
1. Изучить функциональную структуру антител
2. Проанализировать получение моноклональных антител
3. Определить перспективы использования моноклональных антител
Глава 1. Функциональная структура антител
Моноклональные антитела – это антитела строго определённой специфичности, которые являются продуктом одного клона. Моноклональные антитела гомогенны как по специфичности, а так же и по физико-химическим свойствам. Истинный моноклональный ответ почти никогда не наблюдается в природе.
Работы Георга Келера и Цезаря Мильштейна, благодаря которым стало возможным получение моноклональных антител, которые. стали лауреатами Нобелевской премии в 1984 г. Они использовали оригинальный подход, который позволил получить гибрид нормальной антителообразующей клетки (АОК) и опухолевой клетки (гибридому).В результате опыта от нормальной клетки гибридома наследовала способность к синтезу антител, а от опухолевой клетки – способность к неограниченному числу делений (бессмертие)[2].
Строение антител
Для того чтобы защититься от различного рода инфекций в процессе эволюции у позвоночных выработалась иммунная система, которая состоит из множества лимфоцитов и включает миллионы различных клонов. Лимфоциты каждого клона несут рецептор на своей поверхности, и он позволяет связывать ту или иную «антигенную детерминанту» - определенную группировку в молекуле антигена. Лимфоциты разделяются на 2 класса:
• В-клетки, вырабатывающие антитела,
• Т-клетки, которые осуществляют иммунные реакции клеточного типа.
Уже на ранних стадиях его развития B- и T-клетки с рецепторами антигенных детерминант молекулы тела устраняются или подавляются; и это приводит к тому, что иммунная система обычно в норме реагирует только на чужие антигены. Чужеродный антиген, связанный с лимфоцитом, вызывает иммунный ответ, направленный против этого антигена. В клетках памяти некоторые из лимфоцитов размножаются и дифференцируются, так что, когда происходит вторичный эффект того же самого антигена, иммунный ответ намного сильнее и развивается быстрее.
Для получения гибридных клеток, продуцирующих антитела, основой является слияние клеток. В свою очередь, антитела представляют собой сывороточные белки, которые синтезируются в организме, когда в него вводят инородные вещества, как проявление защитной реакции (антиген). Иммунная система продуцирует специфические антитела для огромного количества антигенов. Это основано на наличии большого количества клонов лимфоцитов, каждый из которых продуцирует антитела с узкой специфичностью, называемые иммуноглобулинами (Ig). Эти антитела составляют около 20% общего белка плазмы крови[3].
Функциональная структура антител
В роли антигенов выступают различные вещества, такие как:
клетки микроорганизмов, вирусы, белки, нуклеиновые кислоты, в некоторых случаях низкомолекулярные вещества типа антибиотиков или пестицидов.
Антитела не образуются против всей белковой молекулы или бактериальной клетки, а только на небольших участках на их поверхности, называемых антигенными детерминантами. В случае молекулы белка антигенная детерминанта представляет собой поверхностные области, содержащие около 5 аминокислотных остатков.
Глава 2. Получение моноклональных антител
Чтобы использовать большинство иммунологических и серологических методов исследования, необходимо иметь стандартные превращения антител. Основными требованиями к этим препаратам являются специфичность, стабильность и достаточное содержание антител. Сложность получения таких лекарств путем иммунизации животных связана с гетерогенностью полученных антител. Каждый природный антиген является многокомпонентным, и каждому из его эпитопов образуются отдельные клоны антителообразующих клеток, которые вызывают широкий спектр продуцируемых антител. Более того, многие варианты молекул антител могут образовывать одну антигенную детерминанту. Таким образом, антитела, полученные от разных особей одного и того же вида, иммунизированных одним антигенным препаратом, не полностью идентичны.
Полностью гомогенные антитела могут быть получены только с использованием клеток - производителей антител одного клона - потомков одной специализированной клетки. Решение проблемы с использованием только специально отобранных лимфоцитов иммунного человека или животного невозможно, поскольку продолжительность жизни каждого клона клеток ограничена, а количество продуцируемых антител очень мало[3].
Все изменилось после того, как Г. Кёлер и Ц. Милштейн выполнили гибридизацию антителообразующих клеток, которые получили от животного, с культивируемыми в пробирке клетками злокачественной опухоли - В-клеточной плазмацитомы. Эти гибридные клетки обладали свойствами двух родительских клеток, то есть способностью продуцировать антитела и способностью к неограниченному размножению вне организма.
Вследствие чего получили теоретически «бессмертные» клоны гибридных клеток (гибридомы), которые способны образовать неограниченное количество однородных продуктов одного клона клеток - моноклональных антител[1].
Для получения гибридомных клеток и моноклональных антител сводится к следующему. Животное, чаще всего мышь, иммунизируется необходимым антигенным материалом. Кроме того, по мере начала образования антител селезенка удалялась, и из нее извлекали клетки, среди которых были антителообразующие В-лимфоциты. Все клетки затем смешивают со специально подобранными клетками культуры B-миеломы, которые не обладают ферментами, метаболизирующими гипоксантин. К этой смеси клеток добавляют вещество, которое повреждает клеточные мембраны и способствует их слиянию друг с другом (полиэтиленгликоль, лизолецитин или вирус Сендай).
Глава 3. Перспективы использования моноклональных антител
Области применения моноклональных антител.
1. Диагностика:
• иммунологические анализы биологических жидкостей и клеток организма, микроорганизмов, вирусов и т.п.;
• иммуногистохимическиие методы анализа;
• иммуносцинография опухолей;
• типирование групп крови и тканей;
2. Терапия:
• воздействие на отдельные клеточные популяции;
• влияние на иммунные регуляторные механизмы с помощью антител к лимфокинам;
• иммунорегуляция с помощью антиидиотипических антител;
• направленный транспорт лекарственных веществ;
• элиминация токсинов, иммунотоксинов и аллергенспецифичных антител.
3. Технология:
• идентификация молекул;
• очистка молекул и клеток, несущих специфический антиген;
4. Научные разработки:
• исследования этиологии и патогенеза различных заболеваний;
• исследование системных и межсистемных механизмов регуляции;
• создание новых лекарственных средств и биопрепаратов[1].
Рассмотрим некоторые примеры практического использования моноклональных антител:
Поскольку гибридомы можно хранить в замороженном состоянии, так называемые гибридомные банки создаются для некоторых научных целей в некоторых институтах и лабораториях.
Многие фармацевтические компании жизненно заинтересованы в увеличении масштабов производства моноклональных антител, поскольку их применение в дополнение к количественному определению различных веществ включает в себя разнообразную диагностику (например, идентификацию конкретного гормона, вирусных или бактериальных антигенов , антигены группы крови и тканевые антигены).
Благодаря использованию моноклональных антител стало возможным определить дозу лекарств. Надежность и рентабельность такой иммунодозировки рассматриваться как значительное достижение. В мае 1981 года Управление по контролю над продуктами и лекарствами, США впервые одобрило продажу диагностического гибридного скринингового набора для обнаружения аллергена. Аналогичные наборы разрабатываются для тестирования гормонов, диагностики вирусных заболеваний, выявления определенных видов рака и т. п.
Заключение
Производство и использование моноклональных антител является одним из значительных достижений современной иммунологии. С их помощью можно идентифицировать любое иммуногенное вещество. В медицине изотопами или другим способом моноклональные антитела используются для диагностики рака и определения местоположения опухоли, для диагностики инфаркта миокарда. Получены моноклональные антитела к различным патогенам: малярия, трипаносомоз, лейшманиоз, токсоплазмоз и т. д. Ученые полагают, что в ближайшем будущем моноклональные антитела будут занимать доминирующее положение в диагностике заболеваний[2].
Для использования в терапии моноклональные антитела можно комбинировать с лекарственным средством (например, с токсическими веществами). Из-за специфичности антител они доставляют это вещество непосредственно в раковые клетки или патогенные микроорганизмы, что может значительно повысить эффективность лечения. Моноклональные антитела могут быть использованы для определения пола у крупного рогатого скота на стадии до имплантации развития, а также для стандартизации методов набора тканей при трансплантации органов, при исследовании клеточных мембран (изучались антигены Т-лимфоцитов), для конструирования антигенных карты вирусов, патогенов[3].
