مقاله کاربرد نانوبادی ها به عنوان ابزار کاربردی در تشخیص و درمان

بخشی از مقاله

چکیده

شترسانان آنتی بادي هاي منحصربه فردي در گردش خون دارند. این آنتی بادي ها، آنتی بادي هاي زنجیره سنگین یا نانوبادي نامگذاري می شوند. نانوبادي هاي منوکلونال به خوبی در باکتري تولید می شوند، پایداري و حلالیت زیادي دارند و به آنتی ژن خود با ویژگی و تمایل بالایی متصل می شوند. در حال حاضر نانوبادي هاي نوترکیب براي اهداف تحقیقاتی، تشخیص عفونت ها و درمان بیماري هایی از جمله سرطان تهیه و تولید می شوند. هدف ازمطالعه حاضر، مرور ویژگی هاي نانوبادي ها و کاربرد آنها است.

مقدمه

آنتی بادی ها پروتئین هایی درگردش خون هستند، که در مهره داران هنگام مواجه با عوامل بیگانه موسوم به آنتی ﮊن ها تولید می شوند. آنتی بادی ها به طرز شگفت آوری متنوع بوده و در شناسایی عوامل بیگانه به طور اختصاصی عمل می کنند و واسطه های اولیه ایمنی هومورال در برابر تمام گروه های میکروبی محسوب می شوند. شناخت ساختمان آنتی بادی ها بینش دقیق تری را در رابطه با عملکرد آنها فراهم آورده است.

تمام مولکول های آنتی بادی ویژگی های ساختمانی مشابهی دارند، ولی در نواحی اتصال به آنتی ﮊن، تنوع و تفاوت های چشمگیری را نشان می دهند. این تفاوت لازم است تا آنتی بادی های مختلف توانایی اتصال به آنتی ﮊن های متعددی که از نظر ساختمانی باهم متفاوت اند را داشته باشند. آنتی بادی های پلی کلونال مخلوطی از ایمونوگلوبولین ها هستند که اپی توﭖ های مختلفی از آنتی ﮊن را شناسایی می کنند، درحالی که آنتی بادی های منوکلونال تنها به یک اپی توﭖ آنتی ﮊن متصل می شوند

در سال ۵۷۹۱ م. به وسیله ی جورجزکوهلر و سزار میلشتاین تکنیکی برای تولید آنتی بادی های منوکلونال پایه گذاری شد و این دو دانشمند روشی را برای نامیرا کردن سلول های ترشح کننده آنتی بادی مشتق از حیوانات ایمن شده ابداع کردند، اساس روش آنها تولید سلول های هیبریدوما بود. دسترسی به جمعیت های هموﮊن آنتی بادی و سلول های تولیدکننده این مولکول ها منجر به تعیین ساختمان سه بعدی انواع آنتی بادی ها شد. تکنیک تولید مقادیر نامحدود مولکول های یکسان آنتی بادی، ویژه یک شاخص آنتی ﮊن خاص، علم ایمونولوﮊی را دگرگون نموده است و تأثیرات شگرفی در زمینه های تحقیقاتی مختلف داشته است .

اولین و در حال حاضر عمومی ترین روش تولید آنتی بادی های منوکلونال با ادغام سلولی یا هیبریداسیون سلول های طبیعی تولیدکننده آنتی بادی و سلول میلوما و متعاقباﹰ انتخاب سلول های ادغام شده ترشح کننده آنتی بادی دارای ویژگی موردنظر، انجام می گیرد. چنین رده های سلولی نامیرا و تولیدکننده آنتی بادی را که حاصل ادغام سلولی هستند، هیبریدوما می نامند و آنتی بادی های تولید شده به وسیله ی آنها را آنتی بادی های منوکلونال می گویند . برای تولید آنتی بادی منوکلونال ویژه یک آنتی ﮊن مشخص، آنتی ﮊن را به موش تزریق کرده و سلول های طحال یا گره های لنفی آن را جدا می سازند، سپس سلول های B را با رده سلولی نامیرای مناسب ادغام می کنند.

رده های میلومایی بهترین رده های سلولی نامیرا برای این کار هستند، زیرا سلول های مشابه در مقایسه با سلول های غیرمشابه بهتر ادغام می شوند و هیبریدهای پایدار ایجاد می کنند. در حال حاضر از رده های میلومایی استفاده می شود که قدرت سنتز ایمونوگلوبین را ندارند. ادغام سلولی با استفاده از پلی اتیلن گلیکول صورت می گیرد و در مرحله بعد سلول های ادغام شده را کشت می دهند.

سپس، بخش مایع چاهک هایی را که سلول های موجود در آنها رشد کرده اند به منظور پی بردن به وجود آنتی بادی ضد آنتی ﮊن مورد استفاده در ایمن سازی، مورد بررسی قرار می دهند. برای تولید انبوه آنتی بادی های منوکلونال می توان هیبریدوماها را در حجم های زیاد و یا به صورت تومورهای آسیتی در موش های سینژن هموﮊن کشت داد. در هیبرید کردن از پلاسموسیت های سرطانی که تولیدکنندگان ضعیف ایمونوگلوبین هستند و به واسطه ناهنجاری ﮊنتیکی خاص فاقد توانایی بقاﺀ در محیط کشت انتخابی هستند، استفاده می شود و پس از ادغام، سلول های دورگه ای که باقی می مانند آنتی بادی ترشح کرده و به عنوان رده دایمی برای کشت برگزیده می شوند .

سلول های توموری دچار کمبود یکی از آنزیم های مربوط به متابولیسم پورین هستند و قدرت ساخت ایمونوگلوبین را ندارند .در محیط کشت موجود هیپوگزانتین، آمینوپترین و تیمیدین نیز قرار می دهند تا فقط سلول های هیبرید قادر به ادامه حیات باشند

کشف آنتی بادی های منوکلونال انقلابی در تحقیقات تشخیص پزشکی و زیست شناسی به وجودآورد، اما تأثیرآن در درمان بیماری ها بسیار کمتر از میزان پیش بینی شده بود، دلایل بسیاری برای شکست استفاده از آنتی بادی های منوکلونال به عنوان عوامل درمانی وجود دارد .یکی از دلایل این است که در برخی مواقع برخلاف انتظار، گیرنده هایی برای آنتی بادی وجود ندارد .

برای مثال استفاده از آنتی بادی های منوکلونال در درمان سرطان بستگی به حضور مولکول های گیرنده هدف در سطح سلول های سرطانی دارد، این گیرنده ها در سطح سلول های طبیعی وجود ندارند، درحالی که اغلب بدخیمی ها همراه با جهش های ﮊنی هستند که پروتئین های غشایی سطحی را کد نمی کنند . با این وجود آنتی بادی ها قادر به از بین بردن سلول های سرطانی هستند، ضمن اینکه آسیب هایی که به سایر قسمت های بدن وارد می کنند، طبیعی اما قابل تحمل است .

دلیل اصلی دیگر برای عدم موفقیت استفاده ازآنتی بادی ها به عنوان عوامل درمانی این است که آنتی بادی ها پروتئین هایی هستند که به وسیله ی ﮊن های موش کد می شوند و در نتیجه برای انسان عامل بیگانه به شمار می روند و پاسخ ایمنی ایجاد شده منجر به حذف پروتئین های موشی به وسیله ی سیستم ایمنی بیمار می شود - ۳ - . از طرف دیگر، ویژگی های بیولوﮊیکی مولکول های آنتی بادی نیز مشکلاتی را در کاربردهای درمانی آنها ایجاد می کند .

آنتی بادی های کامل پس از اتصال به سلول هدف باعث رها شدن فاکتورهایی از سلول شده که ایجاد التهاب می کنند .اندازه مولکول آنتی بادی نیز سودمندی آن را محدود می کند، برای مثال از رسیدن آنتی بادی به تومورهای سخت و توپر و همچنین عبور از سد خونی - مغزی جلوگیری می کند . نیمه عمر طولانی آنها نیز در سرم برای کاربردهایی نظیر رادیوایمونوتراپی به دلیل پرتوافکنی به بافت های سالم یا تصویربرداری به دلیل ایجاد پس زمینه، نامناسب است .

بسیاری از این مشکلات با مهندسی آنتی بادی برای رسیدن به ویژگی های مطلوب مانند اندازه، ظرفیت و ایمنی زایی حل می شود IgG .آنتی بادی اصلی سرم که بیشتر به عنوان آنتی بادی درمانی به کار می رود، پروتئینی چند ناحیه ای به شکل Yبا جایگاه های اتصال به آنتی ﮊن قرار گرفته در دو رأس ناحیه Fab و دارای عملکرد های اجرایی با واسطه ناحیه FC است - شکل - 1 ناحیه ثابت FC بخش غیرمتصل شونده به آنتی ﮊن مولکول آنتی بادی، واسطه چندین عملکرد ایمونولوﮊیکی مانند اتصال به گیرنده های روی سلول های هدف و تثبیت کمپلمان راه اندازی عملکردهای اجرایی برای حذف آنتی ﮊن است .

این ناحیه برای کاربردهای بیوتکنولوﮊی که به اتصال به آنتی ﮊن بستگی دارد، ضروری نیست - ۵ و ۶ - . آنتی بادی های نوترکیب مزایای بسیاری نسبت به آنتی بادی های منوکلونال دارند که اساس این مزایا بر پایه دو ویژگی است؛ توانایی واردکردن DNA آنتی بادی به ارگانیسمی مانند E.coli و استفاده از روش های مهندسی ﮊنتیک و نیز امکان استفاده از قطعات آنتی بادی به جای مولکول IgG کامل به دلیل اندازه کوچک تر و عدم وجود FC که اتصال غیراختصاصی به گیرنده های FC ناحیه سلولی را حذف کرده و از تأثیرات ناخواسته که به وسیله ناحیه FC آنتی بادیکامل ایجاد می شود، جلوگیری می کند

استفاده از قطعات آنتی بادی نوترکیبب بیان شده در E.coli در تحقیقات، پزشکی، بیوتکنولوﮊی و علوم دارویی به دلیل ویژگی های ذاتی این قطعات، مانند قابلیت نفوذ بیشتر، توانایی شناسایی آنتی ﮊن با اختصاصیت و میل ترکیبی بیشتر، اندازه کوچک و تولید آسان، در مقایسه با آنتی بادی کامل رو به افزایش است

بیان و خالص سازی آنتی بادی های نوترکیبب به وسیله تخمیر باکتریایی ارزان تر و انجام آن آسان تر است و نسبت به تولید آنتی بادی های منوکلونال و پلی کلونال به زمان کمتری نیاز داشته و پایداری و حلالیت بالایی دارند

این مقاله مروری به ویژگی نانوبادی ها، تولید، بیان و کاربرد آنها در تحقیقات، تشخیص و درمان بیماری ها می پردازد. در سال ۳۹۹۱ م. هارمر کلاس جدیدی از آنتی بادی ها را در خانواده Camelidae کشف کرد که ۰۵ درصد ازآنتی بادی های کاربردی شتر را تشکیل داده و فاقد زنجیره سبک است. در ساختمان این مولکول تنها سه ناحیه وجوددارد: دو ناحیه ثابت در انتهای C که با نواحی ثابت انتهایی آنتی بادی انسانی همولوگ بوده و واجد توالی های بزرگی که مسئول عملکردهای مشابه اند، است. ناحیه متغیر N تنها از ناحیه متغیر زنجیره سنگین تشکیل یافته و برای تفکیک از VH معمول VHH نامیده می شود

میزان میل ترکیبی این آنتی بادی در حد نانومولار است که باعث اتصال بسیار اختصاصی به آنتی ﮊن می شود - ۰۱ - . آنتی بادی های فاقد زنجیره سبک، در شتر، آنتی بادی های زنجیره سنگین و در کوسه ماهی، آنتی بادی های گیرنده آنتی ﮊنی جدید نامیده می شوند. همان گونه که گفته شد، این آنتی بادی ها یک ناحیه متغیر تک زنجیره، در شتر به نام VHH و در کوسه ماهی به نام V-NAR، میل ترکیبی بالا برای طیف وسیعی ازآنتی ﮊن ها را دارند. این نواحی کوچک - ۳۱ کیلودالتون - می توانند به آسانی در باکتری و مخمر بیان شده و با نام آنتی بادی های ناحیه ای، آنتی بادی های تک ناحیه ای یا نانوبادی خوانده شوند.

این قطعات دارای میل ترکیبی و اختصاصیت آنتی بادی کامل بوده و همچنین. ویژگی پایداری و تولید آسان مولکول های کوچک را دارند - ۳ - . بنابراین، این قابلیت را دارند که در بافت ها نفوذ کرده و آنتی ﮊن های مخفی را تشخیص دهند. نانوبادی ها به طور طبیعی در محیط های آبی محلول هستند و تجمع پیدا نمی کنند و نسبت به حرارت مقاومند، به طوری که ۰۸ درصد از فعالیت اتصالی آنها بعد از یک هفته انکوباسیون در دمای ۷۳ درجه سانتیگراد باقی می ماند.

نقطه ذوب شان ۸٩ درجه سانتیگراد است. علاوه بر این، در مقابل پروتئاز ها و pH پایدار هستند. بر این اساس، به دلیل قابلیت پایداری در دستگاه گوارش و معده، در درمان بیماری های معده ای- روده ای از طریق خوراکی مفید واقع می شوند. طی بررسی های انجام شده، همولوﮊی و شباهت نانوبادی ها با انسان ۰۹ درصد نشان داده شده است. با جایگزین کردن تعدادی اسید. اسیدآمینه این شباهت را می توان به ۵۹-۹۹ درصد رساند. بر اساس پیشرفت های جدید در طراحی ساختار، روش های انتخاب و ساخت کتابخانه ها و مخازن ﮊنی آنتی بادی اکنون یک پروسه سریع برای تولید قطعات آنتی بادی نوترکیبب اختصاصیت و میل ترکیبی بالا ضد هر نوع آنتی ﮊن وجود دارد.