重組抗體:生產時不需犧牲動物的抗體

作者 | 發布日期 2022 年 09 月 17 日 0:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


抗體(Antibody)對現代醫學發展,無論臨床治療病患或科學家基礎研究,皆具舉足輕重地位。早期抗體生產,無可避免必須犧牲動物以換取夠量抗體,且品質還不太穩定。如今因生物技術進步,運用微生物或體外培養細胞株就能生產大量抗體,稱為重組抗體(Recombinant antibody),不僅無須殺生且有許多優點。

抗體對醫學發展的重要性

抗體是許多篩檢試劑及抗癌藥物的核心成分,少了抗體篩檢試劑就像拔掉CPU的電腦只剩空殼,形同廢鐵。抗體也是生物醫學家基礎研究時倚重的研究工具,少了抗體協助的生物學家就像沒帶指南針的探險家,迷路可能性大增。抗體應用領域不斷擴大,未來需求持續成長,如何降低抗體生產成本及提升效能,都是急需發展的方向。

抗體如何對付病原

抗體是脊椎動物免疫系統產生的蛋白質,對抗入侵的有害病原如細菌、病毒等。因抗體會專一性辨識特定病原,能導引免疫細胞發動精準攻擊而不傷及無辜。此外,當抗體辨識病原時會非常緊密與之結合,將其「團團圍住」,所以抗體本身就足以中和病原毒性而防止危害人體。

重組抗體

抗體與其他的蛋白質一樣,都是由基因先轉錄為mRNA再轉譯為蛋白質。如今科學家對抗體結構及基因研究相當透徹,有能力利用微生物或體外培養細胞表現抗體基因以生產抗體。必須先運用基因工程技術在微生物建構抗體重組DNA,因此得到的抗體就稱為「重組抗體」。

抗體應用很廣

抗體能專一性辨認抗原的特性非常有應用價值,因此用於開發藥物及生化檢驗、疾病篩檢、幹細胞分離、純化特定蛋白……等試劑。以下說明抗體在三種領域的應用。

1. 治療疾病的藥物

已上市的藥物許多是以抗體為藥效成分,如治療大腸直腸癌、乳癌及非小細胞肺癌的「癌思停」(Avastin),類風濕性關節炎、慢性淋巴球性白血病的「莫須瘤」(Rituximab)及癌症免疫治療用藥「吉疏達」(Keytruda)等。全球抗體藥物市場規模2021年高達1,780億美元,預估2028年高達4,500億美元,約是台灣政府總預算五年總和。

2. 疾病、健康檢驗

近期廣為使用的新冠肺炎(抗原)快篩試劑,最重要成分就是會辨認新冠病毒蛋白的抗體。驗孕試劑關鍵成分則會辨認某荷爾蒙(人類絨毛膜性腺激素)的抗體,此荷爾蒙懷孕時會升高,可精確檢驗是否懷孕。其他如B肝、大腸癌、卵巢癌等篩檢也都需靠各種專一性的抗體。

3. 幹細胞、免疫細胞分離

再生醫學及癌症細胞治療等,是利用幹細胞或免疫細胞幫助病患修復組織或消滅癌細胞。但治療前醫師必須先由人體組織繁雜細胞分離出有用的幹細胞或免疫細胞。分離細胞過程常會利用能辨認特定細胞表面蛋白的抗體,以幫助去除不需要的細胞或捕抓特定目標細胞。

以動物生產抗體的人道問題

因為自然界只有脊椎動物才會產生抗體,因此早期抗體生產就是將目標抗原接種動物,以刺激動物產生辨認目標抗原的抗體。常生產抗體的動物有兔子、山羊等。僅歐洲每年生產抗體動物個體曾高達100萬隻。為了增加動物抗體產量,動物通常需接種數次。人類經歷新冠疫苗洗禮後,應該都能體會接種疫苗的副作用有多痛苦。

收穫抗體時,由於抗體主要存在動物血液,為了取得最大量抗體,須以「心臟穿刺」將動物「放血」直到血液吸乾。雖然過程完全遵守動物福祉規範,且必須先麻醉動物,但無論如何動物生命就是犧牲了,唯有採用非動物抗體生產法,才能避免各種人道問題。

動物生產抗體品質較不穩定

早期動物(兔子、山羊等)生產抗體,由於個體差異,即使生產流程完全照SOP,不同批次不同動物生產的抗體品質仍不盡相同,有的個體抗體辨認抗原專一性極佳,有些動物抗體卻不堪使用。無良廠商可能會將未確效的抗體貼上標籤販賣(基礎研究用),品質有保證抗體的就將成本轉嫁給消費端。種種成本堆疊,臨床治療癌症的抗體藥物藥價往往要數百萬元,非所有病患負擔得起。抗體品質不穩定還會導致實驗結果無法重複,據估計美國因抗體衍生的生醫研究相關材料、時間、金錢浪費,每年就高達3.5億美元。

重組抗體的優勢

重組抗體不需用動物就能生產,不但生產流程更可控可靠,又無需遭人道團體譴責。既然對表現抗體的基因序列瞭若指掌,就能持續生產效能最佳抗體,批次差異小良率又高。當產品需求變多需擴產時,只要擴增細菌株或細胞株數量即可輕鬆達成,據估計重組抗體生產週期只要幾週即可完成。至於傳統以動物生產,因牽涉到接種抗原數次、生產週期長達數個月,有緊急需求時,重組抗體更顯優勢。

結語

科技進步永不停歇,抗體技術發展亦然。除了重組抗體,有科學家致力研究將抗體微小化,以提升抗體藥物穿透力;也有科學家嘗試將抗體藥物與化療藥物接合,成為更強效的抗癌藥物;甚至還有科學家正在開發同時辨認癌細胞及免疫細胞的雙特異性抗體(Bispecific Antibodies),提高免疫系統毒殺癌細胞的效率。期待隨著抗體技術日新月異,藥廠能早日提供不僅環保人道且價格親民的抗體藥物,讓更多病患受惠。

(首圖來源:Image by Freepik