备课素材：单克隆抗体的原理、制备和应用-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3.docx

单克隆抗体的原理、制备和应用随着医学科技的飞速发展，使肿瘤的治疗模式也在发生转变，随着肿瘤免疫学和分子生物学等研究的不断深入，免疫治疗在抗肿瘤领域快速发展和应用，成为继手术、化疗和放疗之后的第四种抗肿瘤方法，其中单克隆抗体已经成为治疗多种疾病的利器。什么是单克隆抗体？机体受抗原刺激后，由淋巴系统的细胞（主要是B淋巴细胞分化后的浆细胞）产生具有特异性免疫功能球蛋白，即抗体。克隆是指无性繁殖，即由同一个祖先细胞分裂繁殖而形成的纯细胞系，该细胞系中每个细胞的基因彼此相同。抗体从制备上来说，主要分为单克隆抗体和多克降抗体两大类。因其制备方式和来源不同，使得其在生产成本、性质和应用方面有着极大的差别。多克隆抗体顾名思义，由多种抗原决定簇刺激机体，相应地就产生各种各样的单克隆抗体，这些单克隆抗体混在一起就是多克隆抗体。简言之，多克隆抗体就是用一种包含多种抗原决定簇的抗原免疫动物，刺激机体多个B细胞克隆产生针对多种抗原表位的不同抗体的混合物。单克隆抗体（Monoclonal Antibody，简称mAb）是一种由单个B细胞克隆产生的具有高度特异性和亲和力的抗体。1975年，Kohler等人首次通过杂交瘤技术成功获得了具有抗原特异性的鼠源性单抗，自此迈入了单抗研发的新时代。与传统的多克隆抗体相比，单克隆抗体具有更高的纯度、更强的特异性以及更低的副作用，因此在医学研究和临床应用中具有广泛的应用前景。单克隆抗体的工作原理单克隆抗体的工作原理基于抗原-抗体结合原理。当抗原（如病毒、细菌等病原体或其产生的毒素）侵入人体时，人体内的B细胞会产生针对该抗原的特异性抗体。单克隆抗体则是通过筛选和克隆具有特定抗原结合能力的B细胞，从而制备出具有高度特异性的抗体。这些抗体可以与抗原结合，阻止其侵入细胞或中和其毒性，从而达到治疗疾病的目的。单克隆抗体的制备1.单克隆抗体由抗原免疫动物后，将动物的淋巴细胞与无限增殖的骨髓瘤细胞融合，筛选出单克隆的杂交瘤细胞，通过ELISA筛选出能产高效价抗体的单克隆杂交瘤细胞，通过培养单克隆杂交瘤细胞即可生产与抗原特异性结合的单克隆抗体。2.抗原选择：单克隆抗体的制备首先需要选择合适的抗原。抗原可以是一种蛋白质、多肽、细胞表面蛋白等，在选择抗原时需要考虑其在实际应用中的重要性和特异性。3.免疫动物注射：选定抗原后，需要将其注射到合适的免疫动物体内，如小鼠、兔子等。免疫动物的免疫系统将启动对抗原的免疫应答，产生多克隆抗体。4.细胞融合：从免疫动物体内获得的多克隆抗体并不具有特异性，需要通过细胞融合技术，将B细胞与骨髓瘤细胞融合，形成杂交瘤细胞（hybridoma）。5.杂交瘤细胞筛选：杂交瘤细胞具有同时具有抗体产生能力和癌细胞无限增殖能力的特点。在体外培养条件下，通过对杂交瘤细胞的筛选，杂交瘤细胞在HAT选择性培养基（H：次黄嘌呤；A：氨基蝶呤；T：胸腺嘧啶核苷；其中A可以抑制核苷酸合成主通路；H、T为核苷酸合成旁路提供原料）中进行培养，在此培养基条件下唯有杂交瘤细胞可以存活，筛选出产生特异单克隆抗体的杂交瘤细胞系。6.单克隆抗体生产：最终得到的特异单克隆抗体杂交瘤细胞系，可以进行大规模的体外培养，并且在适当条件下可以获得高纯度的单克隆抗体。单克隆抗体的制备过程虽然复杂，但其在医学诊断和治疗领域的应用却是广泛的。通过深入了解单克隆抗体的制备过程，我们可以更好地理解单克隆抗体在生物医药领域的重要作用，为未来的科学研究和医学应用提供更多可能性。单克隆抗体的应用领域单克隆抗体在疾病预防、临床治疗、疾病诊断及检测中均有众多应用，同时单克隆抗体在生物科研领域作为研究工具也被广泛的研发和使用。随着单克隆抗体技术的不断发展与完善，目前在医学、农业、食品、环境等各个领域单克隆抗体都发挥着举足轻重的作用。1.单克隆抗体在生物科研中的作用由于单克隆抗体具有与抗原特异性结合的能力，因此它可以从复杂分子结构中识别出目标靶向成分。免疫学检测是应用免疫学理论设计的一系列测定抗原、抗体、免疫细胞及其分泌的细胞因子的实验手段。1 .1酶联免疫吸附分析（ELISA）酶联免疫吸附分析是以体外抗原抗体反应为基础，将抗原抗体特异性反应与酶的高效催化作用相结合的一种检测方法，灵敏度可达皮克（pg/mL）水平。目前，常见的ELISA类型有四种：双抗夹心法、直接法、间接法和竞争法。1.2免疫印迹（Western Blot）免疫印迹实验是一种常用的蛋白质分析方法，广泛应用于生物医学研究中。在WB实验中，抗体被用来识别并定量目标蛋白质。抗体通过与目标蛋白质特异性结合，借助酶、荧光染料等探针进行可视化或定量分析。抗体在WB实验中有多方面的应用，主要包括：（1）检测特定蛋白质的表达量（2）确定蛋白质的分子量（3）研究蛋白质的亚细胞定位。1.3免疫荧光（IF）免疫荧光是在免疫学、生物化学和显微镜技术的基础上建立起来的一种强大的技术，主要原理是利用荧光标记的抗体作为探针对组织或细胞内特定抗原进行定位和定性分析。1.4流式细胞术（FCM）流式细胞术是对悬液中的单细胞或其他生物粒子，通过检测标记的荧光信号，实现高速、逐一的细胞定量分析和分选的技术。由于不同的细胞类型在其表面上表达的蛋白不同，因此可实现细胞检测。2.单克隆抗体在疾病治疗中的作用肿瘤治疗：单克隆抗体在肿瘤治疗领域具有广泛应用，如针对HER2阳性乳腺癌的曲妥珠单抗（Herceptin）、针对CD20阳性淋巴瘤的利妥昔单抗（Rituxan）等。这些抗体通过与肿瘤细胞表面的特定受体结合，阻断肿瘤细胞的生长、分裂和转移，从而抑制肿瘤的发展。自身免疫性疾病：单克隆抗体还可用于治疗自身免疫性疾病，如风湿性关节炎、系统性红斑狼疮等。通过中和自身抗体或调节免疫系统的功能，减轻疾病的症状和进展。感染性疾病：单克隆抗体在感染性疾病的治疗中也发挥着重要作用，如针对埃博拉病毒、新冠病毒等疾病的特异性抗体治疗。这些抗体可以迅速中和病毒，降低病毒在体内的复制和传播，从而减轻病情并缩短病程。3.单克隆抗体在诊断中的作用单克隆抗体在疾病诊断中的应用特别广泛，可用于特定疾病的诊断，例如癌症标志物的检测、传染病的早期诊断等。利用抗人绒毛膜促性腺激素单克隆抗体，在妊娠第8天就可以作出诊断，比原来诊断方法提前了10d左右，准确率在90以上，具有准确、高效、简易、快速特点。单克隆抗体在肿瘤治疗中表现出色。例如，一些单克隆抗体已经被成功用于治疗乳腺癌、结肠癌和淋巴瘤等恶性肿瘤，取得了显著的疗效。同时，在感染疾病方面，单克隆抗体也展现出了强大的抗病毒效果，比如COVID-19疫情期间，一些单克隆抗体药物已经获得紧急使用授权，取得了良好的治疗效果。随着基因编辑技术、人工智能等前沿科技的不断发展，单克隆抗体的研究和应用将迎来更加广阔的前景。未来，我们可以期待更多具有高效、低毒、广谱等特点的单克隆抗体问世，为治疗各种疾病提供更加安全、有效的手段。同时，随着对免疫系统、疾病发病机制的深入研究，单克隆抗体在个性化治疗、精准医疗等领域也将发挥越来越重要的作用。学科网（北京）股份有限公司