全人源抗体被公认为是治疗性抗体的终极发展方向。
自20世纪80年代人抗体库技术问世以来,特别是1989年噬菌体抗体库的首次报道,彻底改变了抗体依赖体内制备的困境。人抗体库技术被视为目前获取人源抗体最快速、最简单、最经济的方法。
全人抗体库的技术基础与潜力
人抗体库技术模仿体内的免疫过程,利用DNA重组技术构建出全套人抗体可变区基因(repertoire)。通过展示技术(如目前最成熟的噬菌体展示,以及后来的核糖体、细菌和酵母展示)实现抗体基因型和表型的一致性。筛选过程通过抗原富集,并体外扩增特异性抗体基因。
抗体库的最大特点是其极大的库容量,通常可达 109 至 1013,理论上能够覆盖几乎所有的人抗体,从而筛选出针对任何抗原的特异性抗体。由于库容量与获得的抗体亲和力大致成正比,国际上已成功构建多个库容量超过 109 的大容量全人抗体库。
大规模筛选:从“大海捞针”到高效捕获
全人抗体库的巨大成功带来了新的挑战:如何从庞大的资源库中高效获取目标抗体。由于一个 1010 级别的抗体库中,针对特定靶标的高亲和力或功能性抗体可能只有极少数,这使得筛选过程宛如**“大海捞针”**。
大规模筛选的概念应运而生,它是获得目标抗体的关键。它提供了一个快速、便捷、通用的技术平台,不仅能持续提供治疗性抗体新品种,还能为疾病快速诊断提供分子工具。
大规模筛选主要包含两个核心维度:
针对同一靶标抗原的多角度高通量筛选。
针对多种靶标抗原的目标抗体平行筛选。
筛选的主要流程与高通量化
抗体库的筛选流程主要包括两个步骤:
1. 生物淘选(Biopanning)
这是利用抗原-抗体结合反应对目标抗体进行富集的过程。通过将抗原固定在介质表面,与抗体库相互作用捕获目标抗体,然后经过洗脱和扩增完成一轮富集。通常经过3至5轮淘选,即可实现特异性抗体的有效富集。
2. 大规模单克隆抗体筛选(Screening)
富集后,需要对淘选得到的克隆进行大规模鉴定,通常使用96孔或384孔微量滴定板进行ELISA分析,鉴定规模一般在1000个克隆以上。
高通量化的实现
实现大规模筛选的关键在于将生物淘选、单克隆筛选及后续鉴定过程实现高通量化。
针对单靶标的大规模筛选主要体现在第二环节:
挑战:靶标抗原往往存在多个抗原表位,其中优势表位可能干扰功能抗体的筛选。为确保获得功能抗体,往往需要对数千甚至上万个克隆进行鉴定。
解决方案:虽然使用多孔板进行克隆表达和ELISA分析工作量巨大,但自动化工作站的引入彻底改变了局面。这种工作站集成了自动克隆转移、高通量表达、ELISA分析和自动分析采集系统,可将克隆鉴定量提升至 104 以上。然而,自动化工作站的高昂成本(数十万至数百万美元)限制了其广泛应用。
针对多靶标的平行筛选要求生物淘选过程也实现高通量:
展望:消除瓶颈,实现完全自动化
最终实现抗体的大规模筛选,还需要实现包括抗体基因测序、重组全抗体的类型转换和表达纯化、全抗体的亲和力、特异性及功能鉴定等所有环节的高通量化。
随着抗体研发过程机械化和自动化程度的持续提高,这些问题将逐步得到解决,最终实现全人治疗性抗体的快速、大规模筛选与制备。