Терапия моноклональными антителами

Псориаз

Когда были изобретены

Антитела впервые были синтезированы еще в 1987 году иммунологами – С. Мильштейном и Ж. Келером. Для этого им понадобилось извлечь из селезенки вакцинированного животного (с привитым иммунитетом) B-лимфоцит. В опыте была использована также клетка миеломы (раковая патология клеток крови). Полученное вещество объединило в себе специфическую реакцию от лимфоцита, а от миелоидной клетки – способность воспроизводства (можно даже сказать бессмертия). Полученную в результате симбиоза клетку назвали гибридомой.

Поскольку вновь образованная единица жизни включала животные белки, то при введении ее в человеческий организм наступал иммунный ответ. В конце 80-х годов Г. Винтер заменил белковые соединения от животного на человеческие лимфоциты. Это решило вопрос иммунного ответа. Такие клетки получили название «химерных антител».

Первые антитела были получены учеными еще в конце 20 века

В дальнейшем тематика развивалась по пути создания медицинских препаратов, сопоставимых с человеческим организмом. В конечном итоге только 10% фармацевтического изделия отвечают за связывание веществ, что является специфичным процессом. Остальные 90% препарата вполне гомологичные человеку.

Как получить такие антитела?

Очевидно, что путем иммунизации, то есть введением животному индивидуального антигена или только одной его детерминантной группы, это сделать, как правило, невозможно. Почему? Дело в том, что в организме в процессе созревания антителообразующих клеток (АОК) образуется большое количество (миллионы) генетически однородных семейств клеток — клонов, каждый из которых специализируется на синтезе только одного варианта антител, и в этом причина большого разнообразия антител, индуцируемых даже одним антигеном.

Казалось бы, выход прост: надо вырастить отдельные клоны антителообразующих клеток in vitro — в культуре тканей — и они будут продуцировать моноклональные антитела, то есть антитела одной строго определенной специфичности, продукт одного клона. Но и это оказалось невозможным: нормальные клетки смертны, вскоре после высаживания в культуру они погибают. Дело не доходит до образования клонов АОК. Добавление в культуру факторов роста несколько продлевает их жизнь, но тоже не решает проблемы.

Есть ли риски лечения

Особенностью этих антител является общее воздействие на псориаз. Действие медикаментов целиком направлено на устранение воспалительного процесса и восстановление поврежденных клеток. Лечение псориаза моноклональными антителами выполняется по двум направлениям:

  • Воздействие препарата направлено на гормоноподобные пептидные молекулы, которые регулируют «взаимоотношение» между клетками. От цитокинов зависит передача «воспалительных» химических сигналов. Иммунная система вырабатывает белок, который мощно атакует клетки злокачественного образования. При псориазе это вещество уничтожает в конечном итоге свои же клетки кожного покрова. Антитела используют для того, чтобы нейтрализовать этот мощный белок.
  • Осуществление нормализации функции деления клеток эпителия. Это помогает купировать воспаление и убрать псориатические бляшки.

Данные лекарства также могут использоваться при развитии тяжелой формы патологии – псориатическом артрите.

Подобные препараты считаются одними из наиболее эффективных при лечении псориатического артрита

При использовании моноклональных антител при псориазе могут возникать неприятные последствия. У человека возможно проявление головных болей, расстройства стула, одышки, чрезмерной утомляемости и рвоты. Повышается риск развития инфекционных болезней. Возможно понижение АД.

Дорогу указывают опухоли

Путь решения проблемы неожиданно указали злокачественные опухоли. Уже давно известны опухоли у человека — плазмоцитомы, вырабатывающие и секретирующие в кровь иммуноглобулины, по структуре своей неотличимые от антител. Причем каждое такое «антитело» слегка отличалось от другого, вырабатываемого другой плазмоцитомой.

Терапия моноклональными антителами

Почему именно опухоли указали на возможность получения моноклональных антител? Есть несколько причин, и все они коренятся в самой природе опухолевой клетки. Она всегда (или почти всегда) сохраняет свойства и функции клетки, из которой произошла. Плазмоцитома происходит из «юных» плазматических клеток, то есть как раз из тех клеток, которые синтезируют антитела.

Это свойство сохраняется в опухолях, возникших из соответствующих клеток. Очень важной особенностью опухолей является их возникновение из одной генетически измененной (мутантной) клетки. Поэтому опухоль возникает и развивается как клон, в нашем случае как клон иммуноглобулинобразующих клеток. Причем они образуют строго однородный по всем свойствам моноклональный иммуноглобулин.

Нормальные плазматические клетки (или их предшественники — лимфоциты) смертны, их срок жизни — несколько дней. Опухоль, и в этом ее принципиальное отличие от нормальных предшественников, бессмертна (См. также: «Бессмертные клетки Генриетты Лакс»). Ее можно культивировать в пробирке или пересаживать от одного животного другому неограниченное число раз и в течение неограниченного времени.

В отличие от нормальной ткани опухоль автономна; организм «хозяина» неспособен (за очень редкими исключениями) остановить неограниченный рост злокачественного опухолевого клона. Плазмоцитомы возникают не только спонтанно, то есть непредсказуемо: их можно довольно легко индуцировать у мышей и крыс и получить бессмертный, неограниченно растущий, перевиваемый клон клеток, продуцирующих иммуноглобулины, иногда обладающие специфичностью антител, причем антител моноклональных.

Вполне естественно было желание иммунологов научиться получать плазмоцитомы, продуцирующие антитела заданной специфичности. Для этого мышей вначале интенсивно иммунизировали, а затем индуцировали у них плазмоцитомы, чтобы получить опухоли и из тех клонов, которые производили антитела к антигенам, использованным для иммунизации, но это практически не удавалось.

Слишком редки были совпадения. Тогда попробовали индуцировать опухоли антителообразующих клеток опухолеродными вирусами. Результаты были лучше, однако создать простой и универсальный метод получения моноклональных антител на этом пути также не оказалось возможным.

Преимущества методики

Применение моноклональных препаратов при псориазе позволяет быстро устранить симптомы заболевания, практически не затрагивая систему иммунитета больного. Из всех современных лекарств, используемых для лечения псориаза, антитела стоят выше всех по своей эффективности.

Препараты на основе антител имеют очень высокую стоимость. Не каждый человек способен приобрести их. Однако существует некое преимущество. Люди, больные псориазом могут пройти бесплатную терапию. Для этого надо попробовать попасть в тестированные программы, которые проводят исследовательские институты.

Как это было сделано?

Успех пришел, как всегда, неожиданно, как побочный продукт исследования, имевшего иные цели. В начале 70-х годов молодой немецкий иммунолог Жорж Кёлер, получивший стипендию для работы в знаменитом Базельском институте иммунологии, заинтересовался вопросом о генетической изменчивости антител. В то время можно было ожидать, что антитела мутируют (генетически изменяются) с бóльшей частотой, чем другие белки.

Какие препараты используются

В настоящее время сотни лекарств данной группы находятся еще в разработке. Однако около 30 наименований можно приобрести в аптечных пунктах. Наиболее распространенные моноклональные препараты описаны в таблице.

Название лекарства Активное вещество Дозировка и способ применения
Стелара Главный компонент средства – устекинумаб. Медикамент вводится подкожно. Одноразовая дозировка – 45 мг. При весе пациента более ста килограмм, количество вводимого лекарства удваивается. Применить препарат во второй раз надо через месяц. Затем средство используется раз в три месяца.
Ремикейд Главным веществом лекарственного средства является инфликсимаб. Вводится внутривенно при помощи капельниц. Длительность процедуры должна составлять около двух часов. Дозировка – 5 мг на каждый килограмм веса пациента. Повторное использование медикамента должно производиться спустя 2 недели, затем – полтора месяца. Следующие процедуры выполняются каждые 60 дней.
Хумира Активный компонент медикамента – адалимумаб. Используется подкожно раз в 2 недели по 40 мл. Инъекция выполняется в бедро или переднюю стенку брюшины. Каждый прокол должен быть на расстоянии двух сантиметров друг от друга.
Раптива Главный компонент – эфилазумаб. Препарат также применяется подкожно. Доза первой инъекции – 0,7 мл на каждый кг веса, последующих – 1 мл. Повторять процедуру надо каждые семь дней около трех месяцев.

Моноклональные антитела для лечения псориаза являются очень действенным средством и позволяют добиться больших успехов. Поскольку терапия новая, то все возможные риски ее использования до настоящего времени не изучены. Поэтому применять такое лечение можно строго по назначению врача.

Самолечение исключено, подбирать препарат должен врач

Моноклональные антитела

Рисунок 2. Иммунофлуоресцентное окрашивание клетки соединительной ткани (фибробласта) моноклональным антителом к тубулину — белку микротрубочек, образующих скелет клетки.

Следующий этап после получения гибридом — клонирование и отбор нужных клонов. Выжившие в ГАТ клетки рассевали в специальные пластиковые планшеты, содержащие обычно 96 лунок емкостью примерно по 0,2 см3. В каждую лунку помещали в среднем по 10 гибридомных клеток, которые культивировали в присутствии «кормящих» клеток, не имеющих отношения к гибридомам, но способствующих их росту.

Терапия моноклональными антителами

После нескольких дней культивирования содержимое каждой лунки проверяли на присутствие антител нужной специфичности. Для этого использовали микрометоды выявления антител к соответствующему антигену. Клетки из лунок, содержащих нужные антитела, клонировали (то есть повторно рассевали по таким же лункам, но из расчета 1 клетка на лунку), вновь культивировали и проверяли на присутствие нужных антител.

Процедуру повторяли 1–2 раза. Таким образом, отбирали клоны, продуцирующие антитела только одной нужной специфичности, то есть моноклональные антитела [2]. Полученные клоны можно заморозить при −70 °С и хранить до того, пока они не потребуются. Их можно культивировать и накапливать антитела в культуральной среде, а можно привить мышам (так как гибридомы — это опухолевые клетки), где они будут расти и накапливать колоссальные количества моноклональных антител.

Автор дополнительной главы — Жанна Олиферова.

«Нам, несомненно, трудно сейчас определить непосредственные практические применения [метода гибридом], которые имели бы коммерческий потенциал…» [5]. В наши дни моноклональные антитела стали одним из необходимых реагентов в биологической лаборатории, а объёмы продаж лекарств, созданных на их основе, превышают миллиарды долларов [6].

Развитие каких технологий сделало возможным такое широкое их применение? Этот раздел статьи посвящен истории создания популярного современного метода получения моноклональных антител, который пришёл на смену технологии гибридом, и виртуозному применению синтетических моноклональных антител для решения научных проблем.

Описанный выше метод гибридом позволил получать неограниченное количество моноклональных антител, специфичных к одной детерминантной группе. Их широкое применение в медицине и иммунологии поставило новые задачи:

  1. Мышиные антитела плохо подходят для использования в клинической практике — они вызывают иммунный ответ в организме человека точно так же, как введённый антиген приводит к выработке антител у мышей, из-за чего они быстро удаляются из организма. Стремление создать полностью человеческие антитела для клинической практики стало стимулом для разработки новых технологий.
  2. Иммунизация — необходимое условие для получения гибридомы, но не все молекулы могут легко активировать АОК. Например, они могут быть слишком токсичны для введения мышам. Каждая гибридома производит антитело только к одной детерминанте, но не всегда можно выбрать антитела с необходимой специфичностью к нужному белку даже из большого количества гибридом. Например, у исследователя могут быть такие требования к антителам: специфически связываться только с одним из двух похожих белков или узнавать только одну конформацию белка. Получить такие антитела при помощи метода гибридом очень трудно, потому что при иммунизации антитела могут вырабатываться к антигенным детерминантам, которые одинаковы у двух белков, так как они расположены на поверхности и более доступны для связывания антител. Требовался новый метод, который бы позволил получать антитела нужной аффинности и специфичности, не прибегая к иммунизации мышей.

Появление такого метода стало возможном благодаря развитию нескольких научных направлений. Прежде всего этому способствовал прогресс в понимании структуры и функции антител. Какой механизм обусловливает высокую аффинность и специфичность антител, которые производит гибридома? Во время дифференцирования B-лимфоцитов (в процессе соматической генетической рекомбинации) нуклеотидная последовательность гена, кодирующего вариабельный домен B-клеточного рецептора, собирается из нескольких сегментов (рис. 4).

Эта последовательность уникальна у каждой B-клетки, как и рецепторы на её поверхности. Когда B-клетка узнаёт свой антиген, она активируется и становится АОК, часть из которых сразу начинает производить антитела низкой аффинности. Рецепторы других АОК проходят процесс аффинного созревания, в результате которого аффинность и специфичность рецептора АОК, а, следовательно, и антител, повышается.

Строение антител

Рисунок 4. Строение антител. Каждое антитело состоит из двух тяжёлых (Heavy) и двух легких (Light) цепей. Тяжелые цепи образованы вариабельным доменом (Variable Heavy) и тремя константными доменами (Constant Heavy 1, CH2, CH3). Лёгкие цепи содержат один вариабельный (Variable Light) и один константный (Constant Light) домен. Один вариабельный и один константный домен, соединённые дисульфидной связью, составляют Fab-фрагмент.
Сайт связывания антигена образован вариабельными доменами одной тяжёлой и одной лёгкой цепи. Участок антигена, который распознается антителом, называется эпитопом. Взаимодействующий с ним фрагмент поверхности антитела называют паратопом. Справа на рисунке показан вид «сверху» на паратоп антитела, специфичного к трансмембранному белку вируса иммунодефицита человека. Паратоп образован участками, определяющими комплементарность (complementarity-determining regions, CDR) вариабельных доменов. Каждый вариабельный домен содержит три таких CDR-участка, относящихся к тяжелой цепи (CDRH1, CDRH2, CDRH3), и три — к легкой (CDRL1, CDRL2, CDRL3).

Аффинное созревание основано на соматической гипермутации, в процессе которой в последовательности вариабельных доменов рецепторов специальные белки вносят 1–5 мутаций на каждое деление клетки. Большинство мутаций приводит к тому, что B-клетка перестает узнавать антиген и погибает. Редкие мутации повышают аффинность рецептора к антигену (такие мутации накапливаются в CDR-участках), и B-клетки, несущие такие рецепторы, выживают, размножаются и производят антитела с высокой аффинностью и специфичностью [7], [8].

Развитие методов генной инженерии привело к появлению новых возможностей: вариабельные и константные участки генов, кодирующих антитела, можно комбинировать в пробирке, вносить в них мутации, отбирать необходимые варианты и экспрессировать в бактериях. Так можно получать антитела с нужными свойствами, не иммунизируя мышей.

Для того чтобы это стало реальностью, сначала надо было создать библиотеки вариабельных доменов антител. Начало этому было положено в 1989 году, когда соответствующие гены были выделены из пяти гибридом и из активированных клеток селезёнки иммунизированных мышей. Эти гены были клонированы, и были определены их нуклеотидные последовательности.

В 1988 году Fab-фрагмент антитела впервые был экспрессирован в бактерии. Чтобы создавать антитела без использования гибридом, оставалось решить последнюю задачу: физически связать между собой антитело и кодирующий его ген, тогда выбрав из библиотеки антитело, специфичное к данной молекуле, можно клонировать его ген для экспрессии в бактерии и получать нужное количество антител.

В 1990 году Г. Винтер и соавторы встроили в геном бактериофага нуклеотидную последовательность Fab-фрагмента антитела, объединив его с частью гена поверхностного белка III этого фага [10]. Это позволило экспрессировать на поверхности каждой вирусной частицы несколько копий этого гибридного белка, сохраняющего специфичность к своему антигену, — а значит, можно было проводить селекцию нужного антитела из фаг-дисплейной библиотеки (рис. 5).

Один раунд селекции может увеличить частоту фага, специфичного к данному антигену, в 1000 раз. За несколько раундов можно из большой популяции выделить редкие фаги, специфичные к данному антигену, извлечь из них ДНК, определить нуклеотидную последовательность и клонировать для получения антител в бактерии.

Рисунок 5. Фаг-дисплейные библиотеки. Бактериофаги, несущие миллионы различных фрагментов антител, наносят на колонку, содержащую нужный антиген (1). После отмывания ненужных фагов (2), те, которые связывают данный антиген (3), снимают с колонки и размножают в бактериях (4). Нуклеотидная последовательность отобранных фагов может быть модифицирована (5), после чего мутированные фаги размножают в бактериях (6) и повторяют процесс селекции (7).

Кристаллографические структуры комплексов антиген—антитело позволили понять принципы организации, стоящие за кажущимся бесконечным разнообразием природных антител [11], [12]. Например, за исключением CDR-участков, структура антител довольно консервативна: известно всего несколько десятков различных структур, некоторые из которых более стабильны и встречаются в природных антителах чаще.

При создании современных фаг-дисплейных библиотек выбирается одна наиболее стабильная структура вариабельных доменов тяжёлой и легкой цепи, разнообразие аминокислотных остатков CDR-участков создаётся искусственно [12]. Анализ природных антиген-связывающих сайтов антител выявил, что наиболее часто непосредственно взаимодействуют с поверхностью антигена аминокислотные остатки тирозин (Tyr) и серин (Ser), поэтому первые библиотеки синтетических антител получали, варьируя именно эти остатки в ключевых позициях CDR.

Применение

Рисунок 3. Последовательные срезы через желудок (жел) и пищевод (пищ) мыши, окрашенные двумя моноклональными антителами:1 — первое моноклональное антитело реагирует с эпителием пищевода и слабее с эпителием желудка; 2 — второе моноклональное антитело реагирует только с эпителием желудка.

Обычные поликлональные антитела давно и широко применяются для определения биологически активных веществ — белков крови и других биологических жидкостей, гормонов, ростовых факторов, клеточных рецепторов, медиаторов воспаления и иммунитета, бактериальных и вирусных антигенов, различных ядов и т.п. Моноклональные антитела из-за высочайшей специфичности, стандартности и технологичности получения успешно вытесняют и заменяют иммунные сыворотки.

Далее гибридомы создают уникальные возможности в аналитических целях: их можно применять как «иммунологический микроскоп» с чрезвычайно высоким разрешением. Так, например, если нужно сравнить две клеточные линии, отличающиеся одним или немногими антигенами, и надо выявить такие антигены, то метод гибридом предоставляет для этого исключительные возможности.

Проиммунизировав мышей одной из линий и получив сотни гибридом, продуцирующих антитела к антигенам этой линии, можно найти одну или две с антителами только к данной линии. Размножив такую гибридому в пробирке или вырастив ее на мышах, можно получить огромное количество антител к уникальному антигену (или детерминантной группе), затерянному среди других компонентов клетки подобно иголке в стоге сена.

Это будет продукт одного клона. В крови иммунизированного животного среди множества других антител он никак не проявится из-за чисто количественных отношений. Благодаря же гибридомам его можно не только обнаружить, но и вывести в линию и получить любое количество соответствующих антител. С помощью гибридом можно обнаружить антигены, характерные для опухолей определенных тканей, получить к ним антитела и использовать их для диагностики и типирования опухолей.

Такие моноклональные антитела нашли широкое применение в онкологической клинике. Наконец, во всем мире ведутся активные исследования по использованию моноклональных антител в качестве специфических переносчиков токсических веществ в опухолевые клетки. Пока же с помощью моноклональных антител в опухоль и ее метастазы доставляются радиоактивные вещества, позволяющие обнаружить небольшие узелки опухоли по локализации в них радиоактивности.

Терапия моноклональными антителами

Гибридомы сыграли и продолжают играть огромную роль в фундаментальной и прикладной иммунологии. Они созданы на основе клонально-селекционной теории иммунитета [3] и явились самым ярким и окончательным доказательством этой теории. Гибридомы сделали реальностью предполагаемые клоны антителообразующих клеток и позволили даже обнаружить их существование в организме до введения соответствующего антигена.

Гибридомы революционизировали иммунологическую промышленность и создали в ней совершенно новые области. Благодаря гибридомам возникли новые методы диагностики многих заболеваний и открылись новые пути для изучения злокачественных опухолей. И хотя гибридомы скорее относятся к гениальным изобретениям, а не к открытиям, они были отмечены в 1984 году Нобелевской премией «за открытие и разработку принципов выработки моноклональных антител с помощью гибридом».

Если бы Кёлер и Мильштейн запатентовали свой метод, они вскоре бы стали миллиардерами, так как все, кто использовал бы гибридомы в коммерческих целях, должны были бы платить за право пользоваться патентом. Авторы гибридом, несомненно, понимали это, но в интересах развития науки не пошли на такой шаг.

Метод гибридом беспрепятственно вошел во все сферы иммунологии, и сами авторы всемерно способствовали этому, предоставляя свою клеточную линию плазмоцитомы для исследований всем желающим. И первые гибридомы в нашей стране, полученные в 1979–1980 годах, были созданы на основе клеток, ведущих происхождение из лаборатории этих авторов и с их любезного разрешения.

Первоначально статья была опубликована в Соросовском образовательном журнале [1], позже — на сайте автора.

Когда терапия противопоказана

Как и все лекарства моноклональные антитела имеют противопоказания, к ним относятся:

  • непереносимость компонентов, входящих в состав препаратов;
  • обострение патологий инфекционного характера;
  • злокачественные опухоли;
  • сердечная недостаточность;
  • гепатит B.

Беременным и женщинам, кормящим грудью, не рекомендуется принимать данные лекарства. Препараты не назначаются несовершеннолетним детям и людям в пожилом возрасте.

Оцените статью
Adblock detector