Полина Соболенко
Атака моноклонов
История открытия и применения терапии XXI века.

Каждую секунду наш организм сопротивляется сотням инфекционных агентов, который проникают в тело через слизистые, кожу, легкие, кишечник. Постоянное напряжение иммунитета – гарантия защиты нашего здоровья. Как работает одна из составляющих службы внутренней безопасности нашего организма – гуморальный иммунитет, и  как используют моноклональные антитела уже сегодня – в новой статье проекта.

Армия, которая нас защищает

мон3

Иммунную систему принято условно разделять на два звена: клеточное и гуморальное. Клеточный иммунитет основан на непосредственном взаимодействии чужеродной клетки и специфических клеток, чья роль – в уничтожении пришельца. Гуморальное же звено представлено крупными молекулами, циркулирующими в плазме крови. Они называются иммунноглобулинами, т.е. дословно белками иммунной системы. К гуморальному звену также относят систему комплемента, функцией которого является повреждение мембран патологических клеток.

Для того чтобы механизмы защиты пришли в действие, необходимо одно важное условие – наличие раздражителя внутри организма. Иммунная система обладает высокой избирательностью, обезвреживая патогенные элементы, но не затрагивая при этом здоровые ткани человеческого тела. Подобная точность действия обусловлена наличием антигенов, которые являются своего рода метками, по которым происходит различение нормальной и патогенной клетки. При обнаружении чужеродного антигена система отвечает иммунной реакцией, но на антигены нормальных клеток организма подобного ответа не происходит.

Не менее важную роль играет и противоопухолевая защита, которая обеспечивается как клеточным, так и гуморальным звеном иммунитета. По своей сути атипичная клетка является раздражителем, аналогичным чужеродному агенту. Раковая клетка имеет существенные отличия от аналогичной клетки нормальной ткани. Существует разница в строении мембранных рецепторов – белковых молекул, расположенных на внешней поверхности оболочки клетки. Благодаря этим различиям иммунная система распознает атипичные клетки как чужеродные и затем уничтожает их.

Иммунные белки

мон1

В ходе эволюции лимфоциты человека приобрели способность производить новый вид структур, с помощью которых чужеродный агент или атипичная клетка стали распознаваться и обезвреживаться гораздо быстрее. На любой раздражитель происходит выброс большого количества антител, что обусловливает высокую скорость обезвреживания патогенов. Нейтрализация в таком случае может происходить двумя путями. Прямое действие антител основано на их способности «склеивать» антиген, осаждать его, «закрывать» его цитотоксические участки или даже атаковать мембраны патогенных клеток. Вторым способом обезвреживания является активация системы комплемента, который во многом является связующим звеном между клеточным и гуморальным звеном иммунитета.

Важнейшим свойством антител является их высокая специфичность: активный центр антитела связывается со строго определенной антигенной детерминантой на поверхности болезнетворного агента. Таким образом, антитело не только отличает «свое» от «чужого», но и взаимодействует только с определенной чужеродной структурой. Скажем, антитело против  возбудителя туберкулеза не будет воздействовать на клетки злокачественной опухоли, а противораковые антитела в свою очередь не обезвредят палочку Коха. Дело в том, что иммунная система в ответ на воздействие антигена вырабатывает антитела «под заказ» так, чтобы обеспечить их максимально крепкое связывание, а значит – и максимально надежное обезвреживание.

Фабрикой антител в человеческом организме являются плазматические клетки, причем одна плазматическая клетка вырабатывает лишь один вид иммуноглобулинов. Механизм этого явления довольно сложен: при наличии в организме чужеродного антигена плазматическая клетка-предшественница начинает делиться и производит клон клеток-потомков, специализированных на данном виде антитела. Иммуноглобулины, произведенные таким клоном клеток, называют моноклональными.

Путь к Нобелевской премии

мон2

Жозеф Кёлер и Сезар Мильштейн, работавшие вместе в Кембридже, в 1975г публикуют работу о выделении линии клеток, секретирующих моноклональные антитела. Метод, предложенный учеными, состоял в том, чтобы взять линию клеток опухоли красного костного мозга лабораторной мыши, утратившие способность к синтезу собственных антител, а также нормальные мышиные В-лимфоциты и получить их гибриды, синтезирующие необходимые антитела.

Мильштейн и Келлер, открывая метод, предполагали, что он откроет дорогу к новой методологии лечения. И не ошиблись. Первое научное применение моноклональным антителам нашли спустя год после публикации в журнале «Nature». Английский нейрофизиолог аргентинского происхождения Клаудио Клуелло занимался в Оксворде исследованием открытой в 30-х годах XX века субстанции P, которая предположительно являлась основным нейтротрансмиттером болевых сигналов у человека. Клуелло и его сотрудники долгое время пытались визуализировать это вещество, однако использование активно применяемых в то время для этих целей поликлональных антител не давало возможности понять, то ли вещество связывается с антителами, т.к. каждый раз набор антител отличался. К 1979 году Клуелло и Мильштейн выделили моноклональные антитела для субстанции P, а в дальнейшем при помощи моноклональных антител визуализировали множество других веществ, понятия о виде которых до сих пор не имели, например, серотонин. В 1983 году Мильштейн и Клуелло публикуют в том же «Nature» статью, в которой рассказывают об использовании моноклональных  и  улучшенных биспецифичных антител для диагностики ряда заболеваний. На данный момент более 40 биспецифичных антител (т.е. антител, которые связывают не один, а два антигена) используются в клинике не только для диагностики, но и для терапии.

В 1976 году Мильштейн начинает сотрудничать с Леонардом Херзенбергом, ученым из американского Стэнфордского университета.  Он приезжает в Кембридж для усовершенствования своего детища – FARC (fluorescence-activated cell sorter) . Эта машина могла определять клетки, основываясь на их антигенной основе, используя специальные меченные антитела, и подсчитывать их количество у человека. Проблема была в их поликлональности, как и у Клуелло. Мильштейн, Хайзенберг и его сотрудники выделяют моноклональные антитела для использования их в FARC. Сегодня FARC используется во всех медицинских лабораториях мира – именно с ее помощью сейчас определяют количество лейкоцитов и лимфоцитов, что жизненно необходимо при оценке эффективности лечения ВИЧ или, например, лейкемии.

В том же 1976 году Мильштейн встречается с профессором Аланом Вильямсом из Оксфорда. Австралиец не один год бился над попытками типировать лимфоциты. Занимаясь исследованием на мышах, они в итоге смогли выделить тип лимфоцитов, которые ныне носят маркировку CD4 – главные клетки-мишени для вируса иммунодефицита человека.

Дэвид Сенчер вместе с Мильштейном используя технологию моноклональных антител к 1980 году получает очищенный интерферон – а уже в  середине 90х годов интерферон научатся получать при помощи генной инженерии, и этот препарат будет использоваться для лечения склероза и инфекционных заболеваний, таких как гепатит B и С.

В 80х годах Мильштейн, Стивен Сакс и Эдвин Леннокс совершают революцию в определении группы крови. В связи с накоплением опыта в хирургии объем переливаний крови в мире увеличивался, в связи с этим и увеличивалось количество необходимых материалов для типирования донорской крови. До 1980 года для этого использовалась сыворотка, которая бралась у доноров-добровольцев. Мильштейн и его команда к 1982 году выделяют моноклональные антитела ко всем антигенам эритроцитов. В 1989 году за 18 дней производится 1000 литров реагентов для определения групповой принадлежности. Ранее такое же количество материала получали от 2000 доноров.

В 1984 году Мильштейн и Кёлер получают Нобелевскую премию за открытия в области моноклональных антител.

Заглядывая на темную сторону клетки.

Однако за крупным открытием стояла проблема: для получения гибридов использовались мышиные лимфоциты, которые, как следствие, синтезировали мышиные антитела, и при введении в человеческий организм такие белки вызывали иммунную реакцию отторжения, т.к. им свойственны выраженные антигенные свойства. Подобное положение дел существенно снижало терапевтическую ценность полученного моноклонального антитела: мышиный белок не только не успевал вступить во взаимодействие с патологическим агентом, но и сам становился причиной иммунного дисбаланса. К 1988 году проблема была решена – британский биохимик Грег Винтер заменил мышинные белки на белки человеческого происхождения. Это сделало возможным использование моноклональных антител в лечебных целях. За свои заслуги в области науки Грег Винтер был удостоин рыцарского звания. Он до сих пор преподает в Кэмбриджском университете.

Моноклональные антитела имеют большое прикладное значение в терапии онкологических заболеваний, при этом используется два их вида: неконъюгированные и конъюгированные антитела, терапевтический эффект которых обеспечивается присоединенными к ним веществами. Неконъюгированные антитела представлены наиболее широко, они могут действовать с помощью двух механизмов: один тип связывается непосредственно с опухолевой клеткой и запускает механизмы ее разрушения, второй тип присоединяется к антигенам, ответственным за опухолевый рост, и блокирует дальнейшее развитие опухолевого процесса.

Конъюгированные антитела обеспечивают адресную доставку веществ, вызывающих повреждения клеток, что с одной стороны позволяет избежать повреждения нормальных тканей, а с другой – подействовать на опухоли, расположенные глубоко в толще нормальных тканей. К антителу может быть присоединена радиоактивная частица, что делает введение антител схожим с радиотерапией, но при этом минимизирует негативные последствия последней. Антитело с радиоактивным изотопом накапливается в опухолевой ткани, и излучение воздействует гораздо более целенаправленно, практически не вызывая разрушение соседних участков здоровой ткани. Если моноклональное антитело связано с цитостатиком, то лечебное действие препарата будет обусловлено торможением процессов деления атипичных клеток, опухоль вскоре перестает расти, и это существенно облегчает процессы ее лечения. Антитело с цитотоксином связывается с раковой клеткой и запускает процессы ее уничтожения.

Принято считать, что моноклональные антитела – это область высокой медицины. Однако каждый хирург сейчас сталкивается с ней, совмещая кровь перед переливанием, каждый терапевт – отправляя анализ крови на анализ. Деятельность инфекционистов и онкологов была бы если не невозможна, так сильно затруднена из-за отсутствия возможности определения численности лимфоцитов и других клеток крови. Таргетированное использование лекарственных веществ при помощи коньюгированных моноклональных антител существенно увеличивает эффективность такой терапии и снижает количество осложнений. Предстоит преодолеть еще много проблем, ограничивающих применение моноклональных антител, однако в XXI веке будут лечить именно с их помощью.


Если вы нашли опечатку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter


Понравилась статья? Подпишитесь!

В радиоактивный пепел

Как радиация действует на клетку, какие механизмы использует организм, чтобы защититься, и как ему можно в этом помочь.

Пять мифов об антибиотиках

Развенчиваем пять самых известных и вредных мифов об антибиотиках. Перевод Medscape