נוגדנים חד-שבטיים

נוגדנים חד-שבטיים או נוגדנים מונוקלונלים (בלועזית: MoAb או Monoclonal antibodies, mAb) הם נוגדנים זהים כיוון שיוצרו על ידי אותו סוג של תאי מערכת החיסון שמקורם בתא יחיד שיצר שיבוט (קלון). ניתן ליצור באופן מלאכותי נוגדנים חד שבטיים בעלי אפיניות (זיקה) לכל חומר כמעט. נוגדנים חד שבטיים משמשים לזיהוי וניקוי חומרים, בנוסף משמשים נוגדנים מסוימים כתרופות, בכך מהווים נוגדנים אלו כלי חיוני למחקר בתחומי הביוכימיה, האימונולוגיה והביולוגיה המולקולרית. ברפואה משמשים נוגדנים חד שבטיים למטרות אבחנה וריפוי. בשנות השבעים של המאה ה-20 הוגדרה לראשונה מחלת המיאלומה הנפוצה- סוג של סרטן דם בו תאי פלזמה- תאי B מפרישי נוגדן, מתרבים בצורה לא מבוקרת. תכונה המאפיינת את המיאלומה הנפוצה לעומת סוגים אחרים של סרטן הדם הוא הפרשת כמויות גדולות של נוגדנים, בניגוד לאוכלוסיית הנוגדנים המגוונת המופרשת מאוכלוסייה נורמלית של תאי פלזמה, מחלת המיאלומה נגרמת מתא אב (תא גזע סרטני) יחיד לכן הנוגדנים המופרשים מכל תאי הפלזמה הסרטניים זהים או חד שבטיים. בשנת 1975 פרסמו ז'ורז' קלר ועמיתיו שיטה לייצור נוגדנים חד שבטיים נגד אנטיגן מוגדר, תגלית שזיכתה את קלר ועמיתיו בפרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לשנת 1984. אוולוקומב מהווה דוגמה נוספת של נוגדן חד-שבטי שמהווה תרופה נגד היפרליפידמיה. שימוש בתרופה אובליטוקסימאב אושר בארצות הברית בדצמבר 2022. התהליך שהמציאו קוהלר ועמיתיו ליצור נוגדנים חד-שבטיים מבוסס על התכה בין תא B המייצר נוגדן נגד אנטיגן ספציפי לבין תא מיאלומה שאינו מייצר נוגדנים. התא שנוצר – ההיברידומה, הוא המייצר את הנוגדן הרצוי, וכמו תא סרטני ביכולתו להתחלק ללא הגבלה וליצור כמות בלתי מוגבלת של נוגדן. אנטיגן ספציפי, לרוב חלבון או פפטיד מוזרק למחזור הדם של מכרסם, לרוב עכבר. על מנת שהמכרסם ייצור תגובה חיסונית כנגד האנטיגן, מוזרק האנטיגן עם אדג'וונט - חומר המגרה את מערכת החיסון. לאחר מספר מחזורי הזרקה של אנטיגן-אג'וונט נוצרים תאי B המייצרים נוגדנים בעלי ספציפיות לאנטיגן, עם העלייה במספר מחזורי ההזרקה הנוגדנים יותר ספציפיים ואחוז נוגדני ה-IgG עולה ביחס לאחוז נוגדני ה-IgM. לאחר מספר מחזורי הזרקות מוקרב המכרסם, הטחול מוצא והלויקוציטים המצויים בו משוחררים לצלחת פטרי סטרילית. אוכלוסיית תאי הטחול מכילה אחוז גבוה של תאי B המייצרים נוגדנים שונים. תאי הטחול מודגרים עם תאי מיאלומה - תאים סרטניים של תאי B חסרי יכולת לייצר נוגדן. פוליאתילן גליקול שמוסף לתערובת מרכך את ממברנת התא ומאפשר מיזוג בין תאים שונים. בעבר מיזוג התאים נעשה על ידי זרם חשמלי (אלקטרופורציה) או הדבקה בנגיף. אחוז קטן מן התאים הממוזגים הללו – ההיברידומות - ימשיכו לגדול ללא הפסק בדומה לתאים סרטניים, ובנוסף ייצרו ויפרישו נוגדנים בדומה לתאי B. כדי לבחור את התאים שעברו היברידיציה מכלל תאי המיאלומות משתמשים במצע גידול הנקרא HAT. במדיום הגידול נמצא הכימיקל Aminopterin, חומר המעכב את מסלול De-novo הדרוש ליצירת חומצת הגרעין גואנין, תאי B ותאי היברידומה המבטאים גנים של תאי B מסוגלים לשרוד את הכימיקל בזכות לביטוי האנזים hypoxanthine-guanine, HGPRT שנמצא אף הוא במצע הגידול. אנזים זה, שאינו מצוי בתאי המיאלומה (על ידי טיפול מקדים) מאפשר את יצירת חומצת הגרעין גואנין במסלול מטבולי שונה - מסלול ההצלה (salvage pathway). לאחר מספר ימי אינקובציה מתים תאי המיאלומה שלא עברו איחוי, כתוצאה מחוסר בחומצות גרעין. ללא קשר לייצור הגואנין מתים תאי ה-B שלא עברו איחוי עם תאי המיאלומה, כיוון שתאים נורמלים אלו אינם יכולים לשרוד זמן ממושך מחוץ לגוף, כך שרק תאי ההיברידומה נותרים. כדי לבחור את ההיברידומה היעילה ביותר בהפרשת הנוגדן, נבדקת כמות הנוגדן המופרש למדיום הגידול. התאים נספרים ונזרעים בפלטות של 96 בארות בריכוז ממוצע של חצי תא לבאר. לאחר מספר שבועות גדלים התאים וממלאים את הבאר. מאחר שכל התאים בבאר מקורם מתא אחד, שורת התאים נחשבת לשבט, והנוגדן נחשב לנוגדן חד-שבטי. ניתן לבדוק את הפרשת הנוגדן מכל באר על ידי ELISA או דוט בלוט. לרוב נבחר שבט תאים יחיד או מספר קטן של שבטים להמשך יצור נוגדנים. ניתן לייצר נוגדנים באחת משתי שיטות: אין ויטרו - בכלי מלאכותי, או אין ויוו - בבעל חיים. אין ויטרו: ייצור נוגדנים חד-שבטיים in vitro מבוסס על גידול תאים במדיום גידול. על מנת לייצר נוגדנים באופן זה בקנה מידה קטן, מגודלים תאי ההיברידומה בצלחות פטרי או בבקבוקונים (פלסקים). ביצור נוגדנים בקנה מידה תעשייתי נעשה שימוש בביו-ריאקטורים - מתקנים בהם נשלטים בצורה מלאה גורמים רבים המשפיעים על גידול התאים כגון: pH, אחוזי גזים מומסים, קצב הערבול וריכוז חומרי מזון. החיסרון בייצור in vitro הוא בכמות הקטנה של נוגדן שניתן להפיק בשיטות הגידול המבוססות על קנה המידה הקטן - בערך מיליגרם אחד לליטר מדיום, והעלות הגבוהה של מתקני הביו-ריאקטור. היתרון שבייצור אין ויטרו הוא שניתן לייצר נוגדן חד-שבטי ללא זיהום בנוגדנים אחרים. לשם כך יש לגדל את ההיברידומות במדיום חסר סרום. אין ויוו: ייצור המבוסס על יצור בבעל חיים מנצל את נטייתם של תאי ההיברידומה להגיע לצפיפויות גבוהות מאוד בבעלי החיים (לרוב עכבר). תאי ההיברידומות מוזרקים לחלל הצפק של העכבר שם הם מתרבים ויוצרים נוזל ציסטי (מיימת) עשיר בנוגדנים. הנוזל נאסף מחלל הבטן על ידי ניקוב הבטן במחט מזרק. ניתן לחזור על איסוף הנוגדן מאותו פרט מספר פעמים בטרם העכבר ימות מן הגידול. היתרון שבשיטה הוא הריכוז הגבוה של נוגדנים שניתן להפיק מעכבר (מספר עשרות מיליגרמים). החסרונות הם זיהום הנוגדן החד-שבטי בנוגדנים עכבריים ובפתוגנים עכבריים. בשנים האחרונות, פרט לחסרונות הטכניים עלו השאלות האתיות בנוגע לשימוש בבעלי חיים כאשר ישנן חלופות לכך, גם אם יקרות יותר. בשנים האחרונות החל יצור נוגדנים בצמחים טרנסגניים, אך שיטות אלו עדיין אינן מקובלות בשימוש נרחב. מדיה וקבצים בנושא נוגדנים חד-שבטיים בוויקישיתוף נוגדנים חד-שבטיים, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) נוגדנים חד שבטיים, דף שער בספרייה הלאומית Olive Leavy, The birth of monoclonal antibodies, Nature Immunology 17, 2016-12, עמ' S13–S13 doi: 10.1038/ni.3608 G. KÖHLER, C. MILSTEIN, Continuous cultures of fused cells secreting antibody of predefined specificity, Nature 256, 1975-08, עמ' 495–497 doi: 10.1038/256495a0