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實驗動物科學:第二節(jié) 單克隆抗體研究中實驗動物的選擇與應(yīng)用

一、單克隆抗體技術(shù)與實驗動物關(guān)系雜交瘤(Hybidoma)合成單克隆抗體(Monoclonal Antibodies,McAb)是近年來生物醫(yī)學中的一項重大突破。從根本上解決了免疫學中長期存在的“特異性”和“重復(fù)性”問題,在短短的幾年里,在許多不同科學領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮了巨大作用。單克隆抗體…

一、單克隆抗體技術(shù)與實驗動物關(guān)系

雜交瘤(Hybidoma)合成單克隆抗體(Monoclonal Antibodies,McAb)是近年來生物醫(yī)學中的一項重大突破。從根本上解決了免疫學中長期存在的“特異性”和“重復(fù)性”問題,在短短的幾年里,在許多不同科學領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮了巨大作用。

單克隆抗體技術(shù)是在1975年由Kohler和Milstein首創(chuàng)的,他們在60年代發(fā)展起來的細胞雜交技術(shù)的基礎(chǔ)上,成功地把兩種細胞融合在一起,一種是已適應(yīng)體外培養(yǎng)的小鼠骨髓瘤細胞(都來自BALB/C品系的小鼠)和一種經(jīng)綿羊紅細胞免疫的小鼠脾細胞融合,形成雜交細胞,發(fā)現(xiàn)這種融合的雜交細胞兼有兩個親代細胞的特征,即既有骨髓瘤細胞無限生長的能力,又有漿細胞合成單一抗體的能力。因此,這種免疫細胞通過克隆化,成為單克隆系(單一純化的無性繁殖細胞系),就能產(chǎn)生大量單一類型的高純度抗體,這種抗體就叫作“單克隆抗體”,如果把雜交細胞再種入動物體內(nèi),可形成“雜交細胞瘤”,瘤子產(chǎn)生大量抗體,就可以從動物體液中抽出含有單克隆抗體的體液,把這種雜交細胞在體外培養(yǎng),培養(yǎng)液中就有大量的單克隆抗體,可供實驗研究和臨床研究使用。

目前,雜交瘤單克隆護體的應(yīng)用范圍愈來愈廣泛,已經(jīng)深入到整個生物醫(yī)學的各個領(lǐng)域,諸如生物化學、分子生物學、免疫學、藥理學、病毒學、細菌學、寄生蟲學、腫瘤學、遺傳學、藥物學、血液病學、內(nèi)分泌學等等。幾乎所有抗原物質(zhì)都可以應(yīng)用這項技術(shù)獲得針對單一抗原決定簇單克隆抗體。所以,可以說它是一把分子刀,用它可以剖析任何一種抗原物質(zhì)的細微結(jié)構(gòu);它又是一種均質(zhì)的、高特異性的抗體,可用它研究免疫學、遺傳學、腫瘤學和其他學科中各種復(fù)雜的現(xiàn)象,同時還可用于診斷各種疾病,包括惡性腫瘤;它又可當作一種藥劑治療某些疾病,甚至腫瘤;還可以用于提純各種蛋白質(zhì)。

實驗動物在雜交瘤單克隆抗體技術(shù)中占有極為重要的作用。它是形成單克隆抗體的必須條件。正如Milstein指出:如果在理論上沒有克隆選擇學說,在技術(shù)上沒有細胞融合(Cell Fusion)和培養(yǎng)方法,在材料上沒有實驗性骨髓瘤和體外培養(yǎng)的髓瘤細胞,就不可能出現(xiàn)單克隆抗體。這充分說明了實驗動物和骨髓瘤細胞系在雜交瘤技術(shù)中的重要作用。

二、常用于淋巴細胞雜交瘤技術(shù)的實驗動物

(一)小鼠BALB/C系

它是此技術(shù)中最常用的動物。目前用于細胞融合的小鼠骨髓瘤細胞幾乎都來源于BALB/C系小鼠。其雜交瘤可接種于BALB/C或它的雜交第1代小鼠,從帶瘤動物取血清或腹水制備單克隆抗體。

BALB/C系小鼠起源于Bagg從1913年開始維持的白化株(Albine stock)小鼠,Dowell從1923年開始作近交系培育,至1932年達26代,之后Snell將BALB加C即BALB/C,以前的近交歷史不清,繼之以Andervont為主,使BALB/C廣泛傳bhskgw.cn/wszg/播和應(yīng)用。1973年美國NIH增培育到近交157代。毛色基因為AA、bb、cc(白色)。H-2為d型。亞系有:BALB/cCd,BALB/cJ,BALB/cAnN等。該品系小鼠的主要特性:

1.免疫學特性:易患慢性肺炎。多數(shù)個體于6月齡以后出現(xiàn)免疫球蛋白過多癥。主要是IgG1和IgA量的增加。免疫球蛋白的絕對量依飼養(yǎng)條件而異。腹腔注射礦物油后可引起漿細胞瘤。發(fā)生率0-60%,依亞系及bhskgw.cn/pharm/飼養(yǎng)條件而異。較難誘發(fā)免疫耐受性。

2.生理學特性:血壓較高。網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)器官與體重之比較大。大部分雄鼠在20日齡出現(xiàn)脾臟淀粉樣性變。對放射線極度敏感。

3.癌發(fā)生率:乳腺癌發(fā)生率低(3%),但對致癌因子敏感。腎上腺和肺常發(fā)生,雌鼠的肺癌發(fā)生率為21%,網(wǎng)狀細胞瘤為8%,血管瘤為6%,淋巴肉瘤為4.5%。

4.老化及壽命:老齡鼠出現(xiàn)心臟病和多發(fā)性動脈硬化癥。平均壽命雄鼠為569~648天,雌鼠561~816天。252日齡平均體重為雄鼠30克雌鼠28克。

5.對細菌及病毒反應(yīng):該品系小鼠對鼠傷寒沙門氏菌C′5敏感,對麻疹病毒中度敏感。

6.飼養(yǎng)注意點:生育年齡長(至12月齡),容易飼養(yǎng)繁殖,最適稍高溫度。為26-27℃因為體型較細,除了日常飼料外,每日早晚每只各喂1克白面包,每星期喂二次木魚(日本傳統(tǒng)加工食品),稍肥后較易繁殖,根據(jù)我們的飼養(yǎng)經(jīng)驗每周加三次煮熟的雞蛋,效果很為滿意。該品系小鼠易患肺炎,最好不要和其它近交系小鼠同室飼養(yǎng),不使其它近交系小鼠發(fā)病的環(huán)境病原菌易使BALB/C鼠患鼠。

(二)大鼠LOU(又稱LOU/Wsl)系

該品系可能來自Wistar大鼠,是1956年開始近親交配而形成的品系。約在一歲齡時,大鼠回部淋巴結(jié)產(chǎn)生一種自發(fā)性腫瘤,發(fā)展迅速,當觸及腫瘤后的一個月內(nèi)死亡。此種腫瘤的發(fā)生率超過10%,形態(tài)為極低分化為淋巴細胞,稱之為大鼠回盲部免疫細胞瘤(Rat Ileocecal Immunoocytoma),此種腫瘤移植于同系大鼠或其雜交第1代均易發(fā)生。

此種腫瘤約有60%病例合成單克隆性IgG或IgA,或K型Bence-Jones蛋白。未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生IgM。大鼠Y3-Ag1.2.3骨髓瘤細胞系是LOU系大鼠骨髓瘤體外培養(yǎng)所慕名而獲,故LOU系大鼠也適用于B細胞雜交瘤技術(shù)。

LOU/C大鼠8月齡以上的雄鼠自發(fā)性漿細胞瘤發(fā)生率為30%,而雌鼠為16%,常發(fā)生在回腸淋巴結(jié),其中60%的這種漿細胞瘤合成單克隆免疫球蛋白IgG1(35%)、IgE(36%)或IgA。LOU/C與LOU/M的組織相溶性相同,可以互相接種進行皮膚移植。

雙特異性單克隆抗體(BSMCA)的研究,是項國劍橋大學分子生物學實驗室Milstein博士(單克隆抗體技術(shù)創(chuàng)始人之一)正在進行的研究,國際上剛開始,制備雙特異性單克隆抗體就必須要使用LOU大鼠。同時,用LOU大鼠制備單克隆抗體其腹水產(chǎn)量比用BALB/C小鼠大幾十倍,能較好地解決單克隆抗體的大量制備。雙特異性單克隆抗體技術(shù)和雜交~雜瘤技術(shù)是單克隆抗體技術(shù)的新進展,BSMCA可代替交聯(lián)劑,代替酶標技術(shù),在免疫組化和免疫測定技術(shù)有廣泛的應(yīng)用價值,在癌癥的導向治療和體外免疫掃描診斷上有廣闊的應(yīng)用前景。

三、實驗動物的自發(fā)性和誘發(fā)性骨髓瘤

(一)自發(fā)性骨髓瘤

根據(jù)報導能合成免疫球蛋白的腫瘤存在于狗、馬、地鼠、大鼠和小鼠。除大鼠、小鼠外,這類腫瘤在其它動物僅偶然發(fā)現(xiàn),故未能廣泛用于研究。在小鼠中,與Ig產(chǎn)生相關(guān)聯(lián)的腫瘤包括漿細胞瘤(骨髓瘤)和淋巴瘤。這些腫瘤能分泌Ig或有Ig結(jié)合在在細胞表面,或分泌與表面結(jié)合同時存在。至今研究最廣泛的、能產(chǎn)生Ig的小鼠腫瘤為漿細胞瘤。其來源為單克隆性,幾乎每一種漿細胞瘤細胞都只產(chǎn)生一種Ig分子,含有相同的輕鏈和重鏈。小鼠自發(fā)性漿細胞瘤最常發(fā)生于回盲部粘膜固有層,伴有粘膜潰瘍和粘膜下炎癥。晚期腫瘤轉(zhuǎn)移至腸系膜淋巴結(jié)。Pilgrim系統(tǒng)研究了125例小鼠回盲部漿細胞瘤,診斷依據(jù)是在回首部有形態(tài)異常的漿細胞。此種腫瘤一般難以移植成功。據(jù)報導,已建成的移植性瘤株有:產(chǎn)生IgG的×5563,產(chǎn)生IgA的×5647、SPCI和DPCI(均來源于C3H/He小鼠)及YPCI(來源于BALB/CXA的F1雜交小鼠)。

(二)誘發(fā)性骨髓瘤

1959年Mervin首先報導BALB/C小鼠誘發(fā)性漿細胞瘤是將裝有C3H小鼠乳腺癌組織的微孔擴散盒植入小鼠腹腔,6個月后在腹膜下結(jié)蹄組織的發(fā)生漿細胞瘤或纖維肉瘤并有出血性腹水。后來發(fā)現(xiàn),BALB/C小鼠腹腔注入Freund 佐劑可誘發(fā)漿細胞瘤,只注射礦物油也可誘發(fā)漿細胞瘤。1962年P(guān)otter報導,小鼠腹腔注入礦物油0.5毫升,兩個月1次,共3次,40~60%雌鼠可誘發(fā)漿細胞瘤。其誘發(fā)可能與多種因素有關(guān),最重要的是遺傳因素。BALB/C小鼠有獨特的敏感性,漿細胞瘤誘發(fā)率很高,其它純系小鼠如DBA/2、A/He、A/LN、C57BL/He、C57BL/Ka、C3H/He等,注射礦物油或植入擴散盒僅偶見誘發(fā)漿細胞瘤。NZB小鼠可能和BALB/C系小鼠一樣敏感,但由于動物死于其它原因,誘發(fā)率通常較低。BALB/C與其它品系小鼠雜交的第1代,注射礦物油的誘發(fā)率一般很低,但例外的是(BALB/C×NZB)F1的誘發(fā)率高達60%。另一有關(guān)因素是激素,BALB/C小鼠注射礦物油時,雄性鼠誘發(fā)率比雌鼠高。雌鼠注射睪丸酮可提高誘發(fā)率,注射孕酮、雌二醇、皮質(zhì)醇則可抑制漿細胞瘤發(fā)生。注射純的鏈烷化合物Pristane(2,6,10,14-四甲基十五烷)可以在BALB/C小鼠誘發(fā)漿細胞瘤。1983年P(guān)otter報導,漿細胞瘤的誘發(fā)率大致和注射Pristane的量成正比,注射總量為1.5毫升(分三次注射,每次0.5毫升)的誘發(fā)率為61%;劑時1毫升(一次注射)的誘發(fā)率為42%,1毫升分兩次注射的誘發(fā)率為39%;一次注射0.5毫升的誘發(fā)率僅為22%。鼠齡對誘發(fā)率也有影響,比較2個月、8個月和1年齡的動物,其誘發(fā)率以1年鼠齡動物最低。

四、用于融合的動物骨髓細胞系

淋巴細胞雜交瘤(Lymphocytic Hybridoma)技術(shù)需要骨髓細胞系(Myeloma Cell Line)。在淋巴細胞融合技術(shù)中,理想的骨髓瘤細胞系應(yīng)能獲得高融合率,并得到產(chǎn)生特異性抗體的雜交瘤。有些骨髓瘤細胞系不僅融合率不高,而且本身分泌免疫球蛋白(Ig),致使雜交瘤細胞仍分泌親系骨髓瘤的Ig鏈。據(jù)估計,細胞融合時,在兩種重鏈和兩種輕鏈隨機組合的情況下,得到的雜交瘤可能產(chǎn)生10種Ig分子,特異性抗體只占其總量的1/16。為了得到只分泌特異性抗體的雜交瘤,需選擇本身不產(chǎn)生Ig的骨髓瘤細胞系。其次,適用的骨髓瘤細胞系應(yīng)對8-氮雜鳥嘌呤(8-azaguanine,8-AG)或6-硫鳥嘌呤(6-thioguanine,6-TG)有抗藥性,缺乏次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(Hypoxanthineguanine Phosporibosyl Transferase,HGPRT),不能利用外源性次黃嘌呤(H),在含HAT(次黃嘌呤Aypoxanthine,氨基蝶呤Aminopterin,胸腺嘧啶核苷Thymidine)的培育液中死亡。

現(xiàn)已建立的用于B細胞雜交瘤技術(shù)的小鼠和大鼠的骨髓細胞系有下列幾種

(一)小鼠骨髓瘤細胞系

1.小鼠P3-NS1/1-Ag4-1(1976年kohler)。是常用的骨髓瘤細胞系,來源NS1/1是小鼠骨髓瘤P3(MOPC21)細胞系的亞系,P3細胞分泌IgG1(K)。NS1/1細胞不合成重鏈(rl),只合成而不分泌輕鏈(K).P3-NS1/1-Ag4-1是NS1/1的亞系,抗8-Ag(20μg/ml),在HAT培養(yǎng)液中死亡。

2.小鼠P3-X63-Ag8。是Kohler和Milstein首次獲得產(chǎn)生McAb雜交瘤所用的骨髓瘤細胞系。來源:它來自BALB/c小鼠的P3(MOPC21)骨髓瘤細胞系,分泌IgG1(K),抗8-AG(20μg/ml),在HAT培養(yǎng)液中不生長。

3.小鼠P3-X63-Ag8.653(1979年Kearney)。是P3-X63-Ag8的亞克隆,不可逆地喪失表達免疫球蛋白rl重鏈和K輕鏈的能力,其生長特性、融合率及所產(chǎn)生的雜交瘤細胞系的穩(wěn)定性等方面均可與PS-X63-Ag8或P3-NS1/1-Ag4-1相比擬。

4.小鼠P3-X63-Ag8-U1(1980年Sharon)。是P3-X63-Ag8骨髓瘤細胞系的變系。P3-X63-Ag8分泌重鏈(rl)和輕鏈(K),P3-NS1/1-Ag4-1則只合成而不分泌輕鏈(K)。

5.小鼠SP2/O-Ag14(1978年Shulman)。Kohler等將PS-X63-Ag8骨髓瘤細胞系與具有抗綿羊紅細胞活性、產(chǎn)生r2b重鏈和K輕鏈的BALB/c小鼠脾細胞融合得到雜交瘤細胞系Sp2/HLGK,從后者得到的Sp2/HL-Ag進行再克隆,得到Sp2-Ag14。它抗8-AG,在HAT培養(yǎng)液中死亡,不分泌Ig鏈,其細胞含有約73個染色體,比P3-X63-Ag8骨髓瘤細胞系多8個染色體,用其融合得到的雜交瘤數(shù)與P3-X63-Ag8相似。

6.小鼠45.6TG1.7(1976年Margulies )。來源于小鼠MPC-11骨髓瘤,分泌重鏈(r2b)和輕鏈(k),抗6-TG(5μg/ml),在HAT培養(yǎng)液中死亡。

7.小鼠45.6TG1.7.5(1980年Sharon)。是45.6TG1.7骨髓瘤細胞系的亞系。

8.小鼠PuBul-Ou(1976年Kohler)。是分泌IgG2a(k)的骨髓瘤細胞系,對哇巴因(Ouabain)抗藥。

(二)大鼠骨髓瘤細胞系

在細胞融合技術(shù)中,使用大鼠骨髓瘤細胞系的優(yōu)點是,從帶瘤大鼠得到的血清和腹水量約比小鼠高10倍,適于大量生產(chǎn)McAb或同種異型的抗大鼠抗體。

1.大鼠Y3-Ag1.2.3(1979年Galfre)。Lou系大鼠的骨髓瘤經(jīng)體外培養(yǎng)獲得的細胞系R210,從它得到抗8-AG的亞系210·RCr3.Agl(分泌k輕鏈),后者經(jīng)兩次克隆,選獲Y3-Ag1.2.3。它經(jīng)5個月連續(xù)培養(yǎng)后,與脾細胞的融合率可達到小鼠髓瘤細胞系的水平。在顯微鏡下,Y3-Ag1.2.3系及其雜交瘤細胞比小鼠P3-X63-Ag8骨髓瘤細胞要小的多。它在OMM培養(yǎng)液(含5%胎牛血清)生長良好,在軟瓊脂易產(chǎn)生克隆。Y3-Ag1.2.3及其雜交瘤所產(chǎn)生的克隆,細胞分布較分散,不象小鼠×小鼠雜交瘤的克隆細胞密集。用它與DA系大鼠脾細胞融合,獲得抗小鼠IgG的大鼠McAb。其雜交瘤YAZ/4OH(LK)細胞接種在(LOU×DA)F1大鼠可以產(chǎn)生腫瘤,帶瘤大鼠血清中抗體含量為10~15mg/ml。因此認為210.RCY3-Ag1.2.3是適用于大鼠×大鼠細胞融合的骨髓瘤細胞系。

2.大鼠YB2/o(1982和Kilmaruin)。此細胞系不分泌k輕鏈。將YB2/o及Y3-Ag1.2.3分別與經(jīng)酵母微管蛋白免疫的大鼠脾細胞融合,結(jié)果證明兩者均適用作細胞融合的親系,而且YB2/O產(chǎn)生的雜交瘤不分泌骨髓瘤的抗體鏈。接種雜交瘤的大鼠血清滴度可達1:106。

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