БИОЛОГИЯ Том 2 - руководство по общей биологии - 2004

12. МИКРОБИОЛОГИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ

12.11. Продукция медицинского назначения

12.11.2. Моноклональные антитела

Люди обладают иммунной системой, которая способна отвечать на внедрение чужеродных молекул образованием антител (гл. 14). Молекулы, которые стимулируют образование антител, называются антигенами. Обычно это белки или гликопротеины. Каждый антиген стимулирует образование специфического антитела, которое точно ему соответствует и способно связываться с ним и разрушать его. Так, например, если чужеродное тело поступает с определенным видом бактерий, иммунная система распознает антигены на внешних мембранах бактериальных клеток как чужеродные и соответственно образуются антитела, специфичные к этим антигенам. Антитела продуцируются особыми лимфоцитами, которые называются В-клетками.

В 1970-х годах Цезарь Мильштейн (С. Milstein) и Георг Кёлер (G. Kohler), работавшие в Кембридже, пытались найти способ получения антител только одного типа. До того времени антитела выделяли из крови животных, которых специально подвергали действию нужного антигена. Однако конечный продукт получался недостаточно чистым и содержал сотни различных антител. Мильштейн и Кёлер решили проблему, разработав методику получения моноклональных антител, за которую в 1984 г. они были удостоены Нобелевской премии. Моноклональный означает принадлежащий одному клону. Каждый тип антител продуцируется одним типом В-клеток, которые клонируют сами себя, другими словами, размножаются, образуя много идентичных копий самих себя в ответ на определенный антиген. Теоретически можно выделить и культивировать определенный тип В-клеток и получить большое количество чистых антител одного типа. Поскольку все антитела, полученные таким путем, происходят от одного клона, они называются моноклональными. Однако в культуральной среде В-клетки могут поддерживаться лишь несколько дней. Мильштейн и Кёлер путем слияния В-клеток с раковыми клетками, которые являются бессмертными, получили клетки гибридомы. Эти клетки продолжают размножаться и могут быть клонированы, что позволяет получать большое количество антител.

Получение моноклональных антител

Получение моноклональных антител начинают с того, что определенный антиген вводят лабораторному животному (обычно это мышь). Спустя некоторое время, необходимое для иммунного ответа, из селезенки животного выделяют лимфоциты и смешивают их с особым типом раковых клеток в соответствующей культуральной среде. Чтобы стимулировать слияние лимфоцитов с раковыми клетками, в среду добавляют полиэтиленгликоль. Подбирают такие условия роста, которые позволяют выживать только гибридным клеткам. Из них выбирают клетки, производящие определенные антитела, и культивируют эти клетки отдельно. Клетки продолжают делиться независимо и являются постоянным источником чистых антител.

Использование моноклональных антител

Моноклональные антитела специфичны к определенному антигену. Их можно использовать для того, чтобы «найти» или идентифицировать этот антиген и, если нужно, разрушить его. Моноклональные антитела широко применяются в клинических лабораториях, и возможности их использования постоянно растут. Пока они применяются главным образом в целях диагностики.

ТЕСТ НА БЕРЕМЕННОСТЬ. Из 150 диагностических моноклональных антител, применяемых в настоящее время, примерно одна треть используется для выявления беременности. Как только эмбрион достигает матки (в пределах четырех дней после зачатия), он прикрепляется к ее стенке. Этот процесс называется имплантацией. Информация об этом поступает в яичники женщины, чтобы они могли отреагировать соответствующим образом. При поступлении такого сигнала яичники производят гормоны, поддерживающие внутренний слой матки. При этом у женщины прекращаются менструации, и эмбрион сохраняется. Сигналом для яичников служит гормон, продуцируемый ворсинками хориона — органа, с помощью которого зародыш соединяется со стенкой матки. Название этого гормона — хорионический гонадотропин человека (сокращенно ХГЧ, см гл. 21). Он циркулирует в крови матери, откуда и поступает в яичники. Ко времени, когда у женщины в норме должна начаться менструация (примерно через 14 дней после зачатия), уровень ХГЧ повышается настолько, что его можно обнаружить в моче. ХГЧ является гликопротеином, и к нему можно получить антитела с помощью описанного выше метода. Современные тесты на беременность основаны на выявлении ХГЧ в пробе мочи женщины с помощью моноклональных антител. Процедура описана на рис. 12.17. Набор для тестирования в домашних условиях, с помощью которого результат получают в течение 5 мин, имеется в продаже. Можно установить беременность даже раньше, если для исследования использовать кровь.

Рис. 12.17. Использование набора для определения беременности в домашних условиях.

12.10. Какие преимущества дает использование теста на беременность в домашних условиях? Назовите хотя бы три.

ДИАГНОСТИКА БОЛЕЗНЕЙ. Одной из самых распространенных болезней, передаваемых половым путем, является хламидиоз. Возбудитель болезни — небольшая грамотрицательная бактерия Chlamydia — необычна тем, что является внутриклеточным паразитом. Симптомы заражения очень слабо выражены, поэтому иногда его трудно отличить от гонореи, другого распространенного заболевания, передающегося половым путем. Обе инфекции могут вызывать у женщин воспалительный процесс в области таза, если они распространяются через матку в фаллопиевы трубы. Болезнь выражается в болях и дискомфорте и может привести к бесплодию. Пока не было моноклональных антител, диагностировать хламидиоз было очень трудно. С использованием моноклональных антител диагностика обеих болезней стала более быстрой и надежной. Результаты можно получить в течение 15—20 мин, что существенно быстрее, чем лабораторный анализ в больницах, занимающий несколько дней.

Другой пример использования моноклональных антител — набор для диагностики стрептококковых инфекций горла. С помощью такого набора участковые врачи могут быстро диагностировать заболевание и назначить лечение. Раньше результатов анализа в лабораториях приходилось ждать несколько дней.

В настоящее время получены моноклональные антитела, способные отличать вирус герпеса 1-го типа, который вызывает простудные поражения кожи на губах, от близкородственного вируса герпеса 2-го типа, вызывающего генитальные инфекции. Около 10—12% генитальных инфекций вызываются тем не менее вирусом герпеса 1-го типа. Поскольку способы лечения инфекций, вызываемых разными типами вирусов, существенно различаются, важно уметь отличать один вирус от другого. В этом случае тестирование также занимает около 15—20 мин.

Один из волнующих аспектов диагностики с помощью моноклональных антител — это исследования, проводимые с целью выявления злокачественных заболеваний на более ранних стадиях. Лейкозы и лимфомы обусловлены злокачественным поражением лимфоцитов, и часто их трудно отличить друг от друга. В настоящее время появилась возможность ранней и точной диагностики обоих заболеваний, позволяющая распознавать разные антигены этих клеток. Лечение рака на ранних стадиях существенно повышает шансы больного на выживание.

Проводится также работа по ранней диагностике наиболее распространенных раковых заболеваний, таких как рак легких, молочной железы, толстой кишки и прямой кишки. В настоящее время чаще всего исследуют жидкое содержимое, например образцы крови или жидкости, окружающей легкие. Разрабатываются также методы идентификации опухолей непосредственно в теле больного. Один из таких методов основан на добавлении радиоактивного изотопа, например иода-131, к моноклональному антителу, которое специфично к антигену, связанному с раковой клеткой. Антитела «разыскивают» антигены по всему телу и накапливаются в клетках, содержащих антигены. Определить локализацию таких клеток можно с помощью специального оборудования, чувствительного к радиоактивному излучению изотопа. Со временем этот метод будет использован и для лечения рака, тем более, что радиоактивное излучение можно использовать для уничтожения раковых клеток (см. ниже).

ЛЕЧЕНИЕ БОЛЕЗНЕЙ - ВОЛШЕБНЫЕ ПУЛИ. Есть надежда, что со временем моноклональные антитела можно будет использовать для лечения болезней, а не только для их диагностики. Благодаря способности моноклональных антител находить специфичные мишени и связываться с ними, например с раковыми клетками, эти антитела стали называть «волшебными пулями». Если присоединить к антителу радиоактивный изотоп или токсичное химическое вещество, можно надеяться, что они разрушат клетку. Одна из проблем состоит в том, что антигены, наиболее характерные для раковых клеток, обнаружены также и в некоторых нормальных клетках, которые тоже должны будут погибнуть. Другая проблема состоит в том, что антитело связывается с поверхностью раковой клетки, а не проникает внутрь ее, чтобы доставить токсин по назначению. Тем не менее в этом направлении есть уже некоторый прогресс.

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ОТТОРЖЕНИЯ ПЕРЕСАЖЕННЫХ ОРГАНОВ. Главная проблема трансплантации органов состоит в том, что иммунная система организма распознает новый орган как чужеродный и атакует его. Один из путей решения этой проблемы — попытаться подавить иммунную систему пациента. Созданы антитела, которые очень эффективно предотвращают отторжение пересаженных почек. Такое антитело взаимодействует с антигеном, обнаруженным во всех Т-клетках. Т-клетки — это разновидность лимфоцитов, которые в норме атакуют инфицированные вирусом или злокачественные клетки. Эти же клетки участвуют в отторжении пересаженных органов (гл. 14). Моноклональные антитела более эффективны, чем обычные лекарства, используемые для подавления иммунной системы. Они подавляют только Т-клетки, а не всю иммунную систему, как это делают медикаменты и, таким образом, у больного сохраняется способность противостоять болезни.

АНАЛИЗ ТКАНЕЙ ДЛЯ ТРАНСПЛАНТАЦИИ. Чтобы уменьшить риск отторжения, перед пересадкой органа нужно найти максимально совместимого донора. Это означает, что антигены донора должны, насколько это возможно, соответствовать антигенам реципиента. Чем больше различаются антигены, тем выше риск отторжения. Для более точного выявления типов антигенов, присутствующих у донора, используют моноклональные антитела.