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單克隆抗體的概念和原理
免疫反應(yīng)是人類對疾病具有抵抗力的重要因素。當(dāng)動(dòng)物體受抗原刺激后可產(chǎn)生抗體??贵w的特異性取決于抗原分子的決定簇,各種抗原分子具有很多抗原決定簇,因此,免疫動(dòng)物所產(chǎn)生的抗體實(shí)為多種抗體的混合物。用這種傳統(tǒng)方法制備抗體效率低、產(chǎn)量有限,且動(dòng)物抗體注入人體可產(chǎn)生嚴(yán)重的過敏反應(yīng)。此外,要把這些不同的抗體分開也極困難。近年,單克隆抗體技術(shù)的出現(xiàn),是免疫學(xué)領(lǐng)域的重大突破。
?。?)單克隆抗體的基本概念 抗體主要由B淋巴細(xì)胞合成。每個(gè)B淋巴細(xì)胞有合成一種抗體的遺傳基因。動(dòng)物脾臟有上百萬種不同的B淋巴細(xì)胞系,含遺傳基因不同的B淋巴細(xì)胞合成不同的抗體。當(dāng)機(jī)體受抗原刺激時(shí),抗原分子上的許多決定簇分別激活各個(gè)具有不同基因的B細(xì)胞。被激活的B細(xì)胞分裂增殖形成該細(xì)胞的子孫,即克隆由許多個(gè)被激活B細(xì)胞的分裂增殖形成多克隆,并合成多種抗體。如果能選出一個(gè)制造一種專一抗體的細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng),就可得到由單細(xì)胞經(jīng)分裂增殖而形成細(xì)胞群,即單克隆。單克隆細(xì)胞將合成一種決定簇的抗體,稱為單克隆抗體。
?。?)單克隆抗體技術(shù)的基本原理 要制備單克隆抗體需先獲得能合成專一性抗體的單克隆B淋巴細(xì)胞,但這種B淋巴細(xì)胞不能在體外生長。而實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)骨髓瘤細(xì)胞可在體外生長繁殖,應(yīng)用細(xì)胞雜交技術(shù)使骨髓瘤細(xì)胞與免疫的淋巴細(xì)胞二者合二為一,得到雜種的骨髓瘤細(xì)胞。這種雜種細(xì)胞繼承兩種親代細(xì)胞的特性,它既具有B淋巴細(xì)胞合成專一抗體的特性,也有骨髓瘤細(xì)胞能在體外培養(yǎng)增殖永存的特性,用這種來源于單個(gè)融合細(xì)胞培養(yǎng)增殖的細(xì)胞群,可制備抗一種抗原決定簇的特異單克隆抗體。其制備原理示意如下:
單克隆抗體制備示意圖
二、基本方法
抗原提純與動(dòng)物免疫
對抗原的要求是純度越高越好,尤其是初次免疫所用的抗原。如為細(xì)胞抗原,可取1×107個(gè)細(xì)胞作腹腔免疫。可溶性抗原需加完全福氏佐劑并經(jīng)充分乳化,如為聚丙烯酰胺電泳純化的抗原,可將抗原所在的電泳條帶切下,研磨后直接用以動(dòng)物免疫。
選擇與所用骨髓瘤細(xì)胞同源的BALB/c健康小鼠,鼠齡在8~12周,雌雄不限。為避免小鼠反應(yīng)而不佳或免疫過程中死亡,可同時(shí)免疫3~4只小鼠。
免疫過程和方法與多克隆抗血清制備基本相同,因動(dòng)物、抗原形式、免疫途徑不同而異,以獲得高效價(jià)抗體為最終目的。免疫間隔一般2~3周。一般被免疫動(dòng)物的血清抗體效價(jià)越高,融合后細(xì)胞產(chǎn)生高效價(jià)特異抗體的可能性越大,而且單克隆抗體的質(zhì)量(如抗體的濃度和親和力)也與免疫過程中小鼠血清抗體的效價(jià)和親和力密切相關(guān)。末次免疫后3~4天,分離脾細(xì)胞融合。
骨髓瘤細(xì)胞及飼養(yǎng)細(xì)胞的制備
選擇瘤細(xì)胞株的最重要的一點(diǎn)是與待融合的B細(xì)胞同源。如待融合的是脾細(xì)胞,各種骨髓瘤細(xì)胞株均可應(yīng)用,但應(yīng)用最多的是Sp2/0細(xì)胞株。該細(xì)胞株生長及融合效率均佳,此外,該細(xì)胞株本身不分泌任何免疫球蛋白重鏈或輕鏈。細(xì)胞的最高生長刻度為9×105/ml,倍增時(shí)間通常為10~15h。融合細(xì)胞應(yīng)選擇處于對數(shù)生長期、細(xì)胞形態(tài)和活性佳的細(xì)胞(活性應(yīng)大于95%)。骨髓瘤細(xì)胞株在融合前應(yīng)先用含8-氮鳥嘌呤的培養(yǎng)基作適應(yīng)培養(yǎng),在細(xì)胞融合的前一天用新鮮培養(yǎng)基調(diào)細(xì)胞濃度為2105/ml,次日一般即為對數(shù)生長期細(xì)胞。
在體外培養(yǎng)條件下,細(xì)胞的生長依賴適當(dāng)?shù)募?xì)胞密度,因而,在培養(yǎng)融合細(xì)胞或細(xì)胞克隆化培養(yǎng)時(shí),還需加入其他飼養(yǎng)細(xì)胞(feedercell)。常用的飼養(yǎng)細(xì)胞為小鼠的腹腔細(xì)胞,制備方法為用冷凍果糖液注入小鼠腹腔,輕揉腹部數(shù)次,吸出后的液體中即含小鼠腹腔細(xì)胞,其中在巨噬細(xì)胞和其他細(xì)胞。亦有用小鼠的脾細(xì)胞、大鼠或豚鼠的腹腔細(xì)胞作為飼養(yǎng)細(xì)胞的。
在制備飼養(yǎng)細(xì)胞時(shí),切忌針頭刺破動(dòng)物的消化器官,否則所獲細(xì)胞會(huì)有嚴(yán)重污染。飼養(yǎng)細(xì)胞調(diào)至1×105/ml,提前一天或當(dāng)天置板孔中培養(yǎng)。
細(xì)胞融合
細(xì)胞融合是雜交瘤技術(shù)的中心環(huán)節(jié),基本步驟是將兩種細(xì)胞混合后加入PEG使細(xì)胞彼此融合。其后吧培養(yǎng)液稀釋PEG,消除PEG的作用。將融合后的細(xì)胞適當(dāng)稀釋,分置培養(yǎng)板孔中培養(yǎng)。融合過程中有幾個(gè)問題應(yīng)特別注意。①細(xì)胞比例:骨髓瘤細(xì)胞與脾細(xì)胞的比值可從1:2到1:10不等,常用1:4的比例。應(yīng)保證兩種細(xì)胞在融合前都具有較高活性。②反應(yīng)時(shí)間:在兩種細(xì)胞的混合細(xì)胞懸液中,第1min滴加4.5ml培養(yǎng)液;間隔2min滴加5ml培養(yǎng)液,爾后加培養(yǎng)液50ml。③培養(yǎng)液的成分:對融合細(xì)胞,良好的培養(yǎng)液尤其重要,其中的小牛血清、各種離子和營養(yǎng)成分均需嚴(yán)格配制。如融合效率降低,應(yīng)隨時(shí)核查培養(yǎng)基情況。
有限稀釋法
篩選陽性株一般選用的骨髓瘤細(xì)胞為HAT敏感細(xì)胞株,所以只有融合的細(xì)胞才能待續(xù)存活一周以上。融合細(xì)胞呈克隆生長,經(jīng)有限稀釋后(一般稀釋至0.8個(gè)細(xì)胞/孔),按Poisson法計(jì)算,應(yīng)有36%的孔為1個(gè)細(xì)胞/孔。細(xì)胞培養(yǎng)至覆蓋0%~20%孔底時(shí),吸取培養(yǎng)上清用ELISA檢測抗體含量。首先依抗體的分泌情況篩選出高抗體分泌孔,將孔中細(xì)胞再行克隆化,爾后進(jìn)行抗原特異的ELISA測定,選高分泌特異性細(xì)胞株擴(kuò)大培養(yǎng)或凍存。
單克隆抗體的制備和凍存
篩選出的陽性細(xì)胞株應(yīng)及早進(jìn)行抗體制備,因?yàn)槿诤霞?xì)胞隨培養(yǎng)時(shí)間延長,發(fā)生污染、染包體丟失和細(xì)胞死亡的機(jī)率增加??贵w制備有兩種方法。一是增量培養(yǎng)法,即將雜交瘤細(xì)胞在體外培養(yǎng),在培養(yǎng)液中分離單克隆抗體。該法需用特殊的儀器設(shè)備,一般應(yīng)用無血清培養(yǎng)基,以利于單克隆抗體的濃縮和純化。最普遍采用的是小鼠腹腔接種法。選用BALB/c小鼠或其親代小鼠,先用降植烷或液體石蠟行小鼠腹腔注射,一周后將雜交瘤細(xì)胞接種到小鼠腹腔中去。通常在接種一周后即有明顯的腹水產(chǎn)生,每只小鼠可收集5~10ml的腹水,有時(shí)甚至超過40ml。該法制備的腹水抗體含量高,每毫升可達(dá)數(shù)毫克甚至數(shù)十毫克水平。此外,腹水中的雜蛋白也較少,便于抗體的純化。接種細(xì)胞的數(shù)量應(yīng)適當(dāng),一般為5×105/鼠,可根據(jù)腹水生長情況適當(dāng)增減。
選出的陽性細(xì)胞株應(yīng)及早凍存。凍存的溫度越低越好,凍存于液氮的細(xì)胞株活性僅有輕微的降低,而凍存在-70℃冰箱則活性改變較快。細(xì)胞不同于菌種,凍存過程中需格外小心。二甲亞砜(DMSO)是普遍應(yīng)用的凍存保護(hù)劑。凍存細(xì)胞復(fù)蘇后的活性多在50%~95%之間。如果低于50%,則說明凍存復(fù)蘇過程有問題。
單克隆抗體的純化
單克隆抗體的純化方法同多克隆抗體的純化,腹水特異性抗體的濃度較抗血清中的多克隆抗體高,純化效果好。按所要求的純度不同采用相應(yīng)的純化方法。一般采用鹽析、凝膠過濾和離子交換層析等步驟達(dá)到純化目的,也有采用較簡單的酸沉淀方法。目前最有效的單克隆抗體純化方法為親和純化法,多用葡萄球菌A蛋白或抗小鼠球蛋白抗體與載體(最常用Sepharose)交聯(lián),制備親和層析柱將抗體結(jié)合后洗脫,回收率可達(dá)90%以上。蛋白可與IgG1、IgG2a、IgG2b和IgG3結(jié)合,同時(shí)還結(jié)合少量的IgM。洗脫液中的抗體濃度可用紫外光吸收法粗測,小鼠IgG單克隆抗體溶液在A280nm時(shí),1.44(吸光單位)相當(dāng)于1mg/ml。經(jīng)低pH洗脫后在收集管內(nèi)預(yù)置中和液或速加中和液對保持純化抗體的活性至關(guān)重要。
三、操作流程
(一)脾細(xì)胞
1.材料
(1) 免疫過的血清抗體滴度高的Balb/c鼠。
(2) 1640培養(yǎng)液
(3) 2.5%FCS-1640營養(yǎng)液
2.操作方法
(1) 拉頸或用CO2處死小白鼠。
(2) 將小鼠放于70%酒精中浸泡消毒,取出固定于板上,在無菌條件下取脾。
(3) 把脾放入5ml含有2.5%FCS的1640液中,冰浴下輕輕洗去脾上的紅血球。
(4) 用鑷子輕輕擠壓脾,做成脾細(xì)胞懸液,用毛細(xì)管將懸液移入小試管中。
(5) 直立小試管3min,使大塊的結(jié)締組織下沉,把細(xì)胞懸液移入離心管中。
(6) 以2.5%FCS—1640充滿離心管,并以400g離心7min~10min(與此同時(shí)應(yīng)開始制備骨髓細(xì)胞)。
(7) 把沉淀用約10ml的新鮮培養(yǎng)液再懸浮。
(8) 重復(fù)⑹、⑺步驟。
(9) 計(jì)算細(xì)胞,以臺盼蘭染色用相差顯微鏡檢查,活細(xì)胞數(shù)應(yīng)高于80%為合格。
(二)骨髓瘤細(xì)胞
骨髓瘤細(xì)胞能產(chǎn)生并分泌大量的免疫球蛋白,這樣的瘤細(xì)胞融合后,可能影響或降低所分泌抗體的滴度,所以必須選育出非分泌免疫球蛋白缺陷型的骨髓瘤細(xì)胞。
選擇骨髓瘤細(xì)胞的條件:①該瘤細(xì)胞系的來源應(yīng)與制備脾細(xì)胞小鼠為同一品系,以便兩者的組織相容性抗原一致;②骨髓瘤細(xì)胞必須是靜息狀態(tài),不產(chǎn)生γ球蛋白或不分泌到細(xì)胞外;③骨髓瘤細(xì)胞生長需要一個(gè)較高的細(xì)胞密度,最好106個(gè)細(xì)胞/ml;④生長速度快,繁殖時(shí)間短。
目前常用的Balb/c小鼠產(chǎn)生的骨髓瘤細(xì)胞株有:①S194/5XXO·BU·1;②SP2/0—Ag14(簡稱SP2);③P2—X? —Ag8·6·5·3(簡稱653);④FO
以653最為常用,它是由礦物油4-甲基-15烷(Pristane,降植烷)誘發(fā)出來的一種漿細(xì)胞瘤(Minerol Oil plasmacy toma,MOPC)并經(jīng)過培育形成一株8-氮鳥嘌呤有抵抗力的亞系。
骨髓瘤細(xì)胞一般由有關(guān)單位直接引入,保存于-195℃液氮罐中,試驗(yàn)時(shí)復(fù)蘇、增殖、傳代即可。
由于骨髓瘤細(xì)胞是半貼壁狀態(tài),很容易脫落,因此不需要胰酶處理。為了防止出現(xiàn)返祖現(xiàn)象,在融合前,可將培養(yǎng)基內(nèi)加入15μg/ml 8-氮鳥嘌呤。取約1×107~6×107對數(shù)生長期(即培養(yǎng)15h~20h)的骨髓瘤細(xì)胞,在室溫離心(400g)10min,沉淀以2.5%FCS—1640液再懸浮并計(jì)數(shù)。
(三)飼養(yǎng)細(xì)胞
在體外的細(xì)胞培養(yǎng)中,單個(gè)的或數(shù)量很少的細(xì)胞不易生存與繁殖,必須加入其它活的細(xì)胞才能使其生長繁殖,加入的細(xì)胞稱之為飼養(yǎng)細(xì)胞(Feeder cell)。在細(xì)胞融合和單克隆的選擇過程中,就是在少量的或單個(gè)細(xì)胞的基礎(chǔ)上使其生長繁殖成群體,因此在這一過程中必須使用飼養(yǎng)細(xì)胞。許多種類的動(dòng)物細(xì)胞都可以做飼養(yǎng)細(xì)胞,如正常的脾細(xì)胞、胸腺細(xì)胞、腹腔滲出細(xì)胞等,常選用腹腔滲出細(xì)胞,其中主要是巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞。應(yīng)用腹腔滲出細(xì)胞的好處是:一方面做飼養(yǎng)細(xì)胞,另一方面巨噬細(xì)胞可以吞噬死亡的細(xì)胞和細(xì)胞碎片,為融合細(xì)胞的生長造成良好的環(huán)境。腹腔細(xì)胞的來源可以是與骨髓瘤細(xì)胞同系鼠。也可以是其他種類的小鼠,如C57鼠,昆明小白鼠等。
1.材料
(1)小鼠(Balb/c或C57小白鼠)若干只。
(2)11.6%蔗糖溶液(經(jīng)10磅30min高壓滅菌)。
2.操作方法
(1)拉頸處死小鼠。
(2)70%酒精浸泡消毒10min。
(3)用手術(shù)剪將小鼠腹部剪開一小口,剝開皮膚,露出腹腔。
(4)用注射器將4ml 11.6%蔗糖溶液注入腹腔,用手指輕揉1min仍用該注射器回抽腹腔液體,加入離心管。
(5)1 000r/min離心10min。
(6)取上清,以HAT選擇培養(yǎng)液將細(xì)胞制成懸液。臺盼藍(lán)染色計(jì)數(shù)活細(xì)胞,使每毫升含40萬個(gè)活細(xì)胞。
(7)以1ml吸管將細(xì)胞種入微量培養(yǎng)皿,每孔0.05ml,含2萬個(gè)細(xì)胞,放入CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng),即可供細(xì)胞融合和克隆化之用。如果在融合后發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)孔中飼養(yǎng)細(xì)胞數(shù)量少,則可以在細(xì)胞換液時(shí)再加入一些。
(四)融合細(xì)胞
1.融合劑
細(xì)胞融合的方法有物理法,如電融合、激光融合,化學(xué)融合法和生物融合法,如仙臺病毒,此處例舉化學(xué)融合法中的一種即聚乙二醇融合法。
聚乙二醇(PEG),在分子量為200~700時(shí),呈無色、無臭的粘稠狀液體,分子量大于1 000時(shí),呈乳白色蠟狀固體,能溶于水、乙醇及其他許多有機(jī)溶劑,對熱穩(wěn)定,與許多化學(xué)藥品不起作用。用作細(xì)胞融合劑的聚乙二醇一般選用分子量為4 000者,常用濃度為50%,pH8.0~pH8.2(用10%NaHCO3調(diào)整),分子量小的PEG,融合效應(yīng)差,又有毒性,分子量過大,則粘性太大,不易操作。50%濃度,pH偏堿時(shí)融合效應(yīng)最高。
也有采用30%~50%濃度的PEG加上10%二甲亞砜。
不同批號的PEG,即使分子量相同,但融合率卻有明顯差異,選用時(shí)必須注意。每批都必須進(jìn)行細(xì)胞毒性試驗(yàn)后方可應(yīng)用。要買高純度的,一般選供氣相色譜用的PEG。
2.融合過程
融合的方法很多,常用的有轉(zhuǎn)動(dòng)法和離心法。
融合時(shí)脾細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞的比例為1:1至10:1不等。3:1或5:1最為常用。
1>.試劑與材料
(1) 供融合用的脾細(xì)胞及骨髓瘤細(xì)胞。
(2) 1640培養(yǎng)液100ml。
(3) 完全1640液100ml。
(4) 2.5%FCS-1640液50ml。
(5) HAT培養(yǎng)液100ml。
(6) 50%PEG:取分子量4 000,高純度的(日本進(jìn)口或Serva)PEG10g放入25ml瓶中高壓滅菌,使用前用預(yù)熱于40℃的1640液10ml等量(W/V)混合,以酚紅檢查pH,一般不必調(diào)pH。如pH有改變,可用HCl或NaHCO3調(diào)整。
(7) 10ml和50ml的滅菌沉淀管或瓶。
(8) 40孔塑料培養(yǎng)盤。
2>.操作方法
⑴ 準(zhǔn)備好脾細(xì)胞。
⑵ 在50ml沉淀管中混合108脾細(xì)胞和107小鼠骨髓瘤細(xì)胞,并加入50ml 2.5%FCS-1640液。
⑶ 室溫400g離心3min,使細(xì)胞沉淀。
⑷ 移去上清液。
⑸ 輕敲管底部,使沉淀流動(dòng),把沉淀管放于40℃水浴中,使其達(dá)融合溫度。
⑹ 加預(yù)熱至40℃的50%PEG 0.8ml,用1ml吸管緩慢滴加,邊加邊搖沉淀管,肉眼觀察可見有顆粒出現(xiàn),滴加過程要求持續(xù)2min。
⑺ 加1ml1640液,邊加邊搖動(dòng),持續(xù)1min。
⑻ 重復(fù)⑺一次。
⑼ 加1ml 1640液,邊加邊搖動(dòng),持續(xù)0.5min。
⑽ 重復(fù)⑼一次。
⑾ 加1640液15ml。
⑿ 室溫,400g離心1min,使細(xì)胞沉淀。
⒀ 去上清,輕敲管底部,加25ml含有HAT的完全1640液。
⒁ 往已于前一日種有飼養(yǎng)細(xì)胞的40孔塑料培養(yǎng)盤中滴加融合的細(xì)胞液,每孔1滴(約0.05ml)。
⒂ 輕搖后,放入5%CO2飽和濕度的37℃溫箱中培育。
⒃ 第3、6、9、10日換入含HAT的完全1640培養(yǎng)液。注意輕輕吸取上清液,勿將固定于孔底的細(xì)胞吸出,根據(jù)需要加入適量的飼養(yǎng)細(xì)胞。
⒄ 于第12、15日加入含有HAT的完全1640培養(yǎng)液。在每次換液前用倒置顯微鏡觀察,大約在10天左右就可觀察到雜交瘤細(xì)胞生長出來。大多數(shù)雜交瘤細(xì)胞在10~20天內(nèi)出現(xiàn),但也有在1個(gè)月左右才能出現(xiàn)的。雜交瘤細(xì)胞出現(xiàn)后,吸取上清液,檢查抗體。
⒅ 對繼續(xù)生長的雜交瘤細(xì)胞進(jìn)行增殖傳代。在傳代過程中,依情況取消HAT液和完全1640液而代之以10%FCS-1640液。同時(shí)保存于液氮和進(jìn)行克隆化,在這期間每代都要檢查抗體,以防止產(chǎn)生抗體細(xì)胞的變異和丟失。
3.細(xì)胞融合的關(guān)鍵
1>.技術(shù)上的誤差常常導(dǎo)致融合的失敗。例如,供者淋巴細(xì)胞沒有查到免疫應(yīng)答。這必然要失敗的。
2>.融合試驗(yàn)最大的失敗原因是污染,融合成功的關(guān)鍵是提供一個(gè)干凈的環(huán)境,以及適宜的無菌操作技術(shù)。
四、雜交瘤細(xì)胞的保存
(一)保存
當(dāng)獲得產(chǎn)生所需的單克隆抗體的雜交瘤細(xì)胞后,必須將一部分雜交瘤細(xì)胞保存,否則在連續(xù)傳代的過程中,可能產(chǎn)生突變或染色體的漂移以至喪失固有特性或丟失產(chǎn)生抗體的特性。另外在長期的培養(yǎng)過程中,難免不發(fā)生污染以至于毀滅。所以必須冷藏保存一部分。保存方法如下:
1.材料
(1) 細(xì)胞:取對數(shù)生長期的細(xì)胞。
(2) 10%二甲基亞砜保護(hù)液(二甲基亞砜能損壞濾器,而又被高壓所破壞,所以不能過濾或高壓消毒。其本身就是毒品,無菌):含10%二甲基亞砜、20%滅活胎牛血清,70%RPMI—1640液。
(3) 20%FCS—1640培養(yǎng)液:含青霉素100U/ml,鏈霉素100μg/ml。
(4) 滅菌的2ml安瓶等
2.操作方法
(1) 去掉細(xì)胞培養(yǎng)瓶中的舊的培養(yǎng)液,加入10%FCS—1640液,使細(xì)胞懸浮。
(2) 1 000r/min離心10min,去上清。細(xì)胞沉淀用10%二甲基亞砜保護(hù)液制成懸液,使成1.0×107細(xì)胞/ml。
(3) 取樣,臺盼蘭染色,計(jì)數(shù)活細(xì)胞,應(yīng)在95%以上。
(4) 用注射器將細(xì)胞分裝安瓶,每瓶0.5ml~1.0ml,熔封安瓶。
(5) 放4℃ 2h。
(6) 放液氮罐氣態(tài)部分(-70℃)15h。
(7) 轉(zhuǎn)入液氮部分。
(二)復(fù)蘇
1.從液氮罐中取出安瓶立即放37℃水浴中速溶。
2.無菌操作打開安瓶,取出細(xì)胞懸液,轉(zhuǎn)入組織培養(yǎng)瓶。
3.逐滴緩慢加入20%FCS-1640培養(yǎng)液3.5ml,這個(gè)過程延續(xù)3min。
4.5%CO2飽和濕度,37℃培養(yǎng)。
5.4h后棄去培養(yǎng)液上清,加入新鮮的20%FCS-1640培養(yǎng)液。
6.繼續(xù)培養(yǎng),換液,以至形成單層。