随着基因工程、分子生物学和基因组学的研究发展,生物技术药物也迅速发展起来。抗体药物已经成为发展最快的治疗性药物。抗体是由Fab片段和Fc片段两个部分组成。Fab片段与抗原结合发挥作用,Fc片段通过与免疫细胞上表达的FcγR相互作用,从而激活效应细胞的吞噬作用和补体效应等多种免疫途径,从而杀伤肿瘤细胞。除免疫检查点靶向外,ADCC、ADCP和CDC是抗体介导免疫治疗的重要机制(如下图)。对于ADCC和ADCP,在结合靶抗原后,抗体的Fc段募集FcγR表达的效应细胞,包括NK细胞和巨噬细胞,并诱导释放细胞毒性颗粒和吞噬作用以增强变异细胞的清除。对于CDC,一旦抗体的Fc部分与C1q结合,一系列补体就会被激活并产生膜攻击复合物(MAC),该复合物可以通过破坏细胞膜来杀死靶细胞。
传统的依赖于NK细胞毒性ADCC检测过程分为三个重要组成部分:单抗药物、效应细胞和靶细胞。因此,体外实验一般包括靶细胞的确定(细胞表面高表达单抗可识别抗原)、效应细胞的选择和靶细胞活性的检测。
1、效应细胞
众所周知,ADCC/ADCP 主要由NK细胞驱动。因此,传统的ADCC/ADCP的检测会使用原代NK细胞作为效应细胞检测靶细胞的杀伤或者吞噬效应。原始的NK细胞需要单独或者从人血液中分离的外周血单核细胞(PBMC)培养物中获取,原代细胞被认为最接近生理环境,但基于它们的测定容易出现供体间的变异以及自身变异,从而导致ADCC的检测重复性差。
2、靶细胞
通常会选择肿瘤细胞或者过表达靶点的细胞系作为靶细胞。
3、检测方法
(1)将具有放射性的铬51与靶细胞孵育,铬51会进入靶细胞;洗去多于未进入细胞的铬51,再将靶细胞和效应细胞以及抗体共同孵育。如果靶细胞被杀伤,铬51就会被释放出来,检测溶液中的放射性同位素含量即可确认靶细胞被杀伤的情况。该方法是ADCC检测靶细胞被杀伤的金标准,然而因为带有放射性元素、费时费力且实验变化性大而较少使用。(2)靶细胞被杀伤后细胞膜破损,靶细胞内的乳酸脱氢酶(LDH)或蛋白酶(Protease)会释放到上清液中,可以通过定量检测这些物质的含量来评估靶细胞被杀伤的程度。现有的检测乳酸脱氢酶的方法有比色法、荧光法和生物发光法等。(3)选择一种染料标记靶细胞(例如,CFSE),另一种染料标记死细胞(例如,FVD),利用流式细胞仪来定量死亡的靶细胞(两种染料均发光)的含量,从而评估靶细胞的杀伤能力。
近些年,随着基因工程的发展,报告基因法逐渐应用于抗体药物的生物学活性检测,下面表格中列举了报告基因法在生物药活性检测方面的应用。
报告基因法是利用分子生物学手段,将报告基因整合到待检测的细胞中,通过检测报告基因产生的信号来研究特定的生物学过程。抗体药物发挥作用是通过诱导细胞产生生物学应答,这个过程中涉及特定信号通路的活化和传导,利用报告基因法则可以通过报告基因信号的分析,从而间接测定抗体药的生物学活性。
1、检测细胞的选择
为了构建稳定性高的方法,检测所用细胞一般选用能够稳定传代的细胞系或细胞株,以方便报告基因的转基因操作和细胞的克隆化。由原代细胞或不稳定的细胞系构建的报告细胞,无法保证本次检测时细胞的状态一致,也就无法准确、定量地反映待测药品的质量。同时,检测用细胞还要尽量考虑是待测药物的靶细胞,药物刺激与靶细胞产生的变化相关,这样能更加真实地反映待测药物的活性,也便于与其他方法进行比较。
2、报告基因的选择
报告基因是编码基因,其编码产物可以是某些蛋白或酶类。选择报告基因的原则,一是要考虑报告基因的表达是否对宿主细胞有影响,是否有内源性活性的干扰;二是要考虑报告基因检测信号的类型和相应的检测方法是否成熟。常用的报告基因有CAT (氯霉素乙酰基转移酶) 、SEAP (分泌型碱性磷酸酶) 、GFP (绿色荧光蛋白) 、β-半乳糖苷酶、GUS (葡萄糖醛酸酶) 等。但相对于其他报告基因,萤光素酶具有诸多优势:检测灵敏度高,如萤火虫萤光素酶的检测灵敏度可达10-20mol,灵敏度约为CAT的100倍,信号半衰期可维持数小时;检测范围宽,可达7~8个数量级;与β半乳糖苷酶相比,哺乳动物细胞无内源性萤光素酶活性;有多种商品化萤光素酶检测系统可选。
3、信号通路的选择
药物作用于细胞,细胞内会产生多种效应,最终表现可能是促进细胞增殖,或抑制细胞增殖、产生细胞毒效应或抗病毒效应等。在分子层面上, 这些表型的背后势必涉及多条信号通路的协同、竞争和整合。因此,应尽量选择与最终细胞表型相关、最能反映药品药理性质的通路。
Rhinogen® ADCC Reporter Bioassay生物发光报告基因法,基于NFAT(Nuclear factor of activated T-cells)反应通路,采用基因工程改造的Jurkat细胞作为效应细胞,该细胞稳定表达FcγRIIIa受体(V158高亲和力突变体)和由NFAT应答元件驱动表达的萤火虫萤光素酶。抗体通过与效应细胞表面FcγRIIIa的结合,激发细胞内NFAT反应元件,NFAT反应元件则驱动萤火虫荧光素酶的表达。利用荧光素酶活性检测试剂实现定量分析。
生物学活性的测定方法多种多样,而报告基因法因其检测灵敏度高、检测周期短、检测方法干扰少被广泛用于生物药的生物学活性检测。报告基因法在2015版《中国药典》被收录为Ⅰ型干扰素活性测定的标准方法之一,基于此的生物学测定方法应用范围逐渐扩大,应用前景广阔。
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参考文献
[1] 牛安娜,苏昕,张晓鹏.报告基因法在生物技术药物活性检测中的应用[J].生物技术通讯,2019,30(02):296-300.
[2] W.Z Chen. Antibody and antibody fragments for cancer immunotherapy, Journal of Controlled Release Volume 328, 10 December 2020, Pages 395-406.
[3] https://www.1633.com/article/61489.html