探究生物科學(xué)的未來(lái)
直到19世紀90年代初,Karl Landsteiner通過(guò)抗體來(lái)確定苯環(huán)上鄰位和間位取代基團的構象時(shí),人們才認識到抗體可以被用作一種潛在的研究工具。與此同時(shí),Emil von Behring和Shibasaburo Kitasato證明了針對白喉和破傷風(fēng)毒素的抗體具有免疫性,從而將Paul Ehrlich關(guān)于抗體可作為“魔術(shù)子彈”針對性治療人體疾病的學(xué)說(shuō)推向極致。
在隨后的80年里,人們在對體內免疫球蛋白分子的結構和功能的理解方面又取得了諸多進(jìn)展。但是直到20世紀70年代才將其用于應用研究。隨著(zhù)單克隆抗體、酶法檢測和熒光標記技術(shù)的出現,抗體的研究終于進(jìn)入全盛時(shí)期?贵w在免疫組化、免疫印跡、酶聯(lián)免疫吸附(ELISA)以及免疫沉降方面的應用,徹底改變了我們對生物系統的研究方式。單克隆抗體在治療方面的商品化也為藥物和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)辟了新的有利可圖的市場(chǎng),F在,世界各地數百家公司都能提供抗體,以滿(mǎn)足研究、商業(yè)和治療需要。
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滴定儀1 Millipore的抗體故事
在抗體研究早期成立的一些公司,如Upstate, Chemicon和Linco(都是Millipore 公司(Billerica, MA)的一部分),主要從事注冊和開(kāi)發(fā)新的抗體工具,并將它們銷(xiāo)售給科研機構。Upstate公司是由W. Alton Jones 細胞科學(xué)中心的 Gordon Sato博士和Wallace McKeehan博士于1987年建立的。該公司采用了一種新穎的注冊模式,以提供獨特的細胞信號靶標物以及第一批商品化的激酶。通過(guò)與市場(chǎng)上最權威的驗證機構的合作,該公司很快成為可以提供最新的、經(jīng)過(guò)驗證的抗體、蛋白質(zhì)和激酶的專(zhuān)業(yè)公司。
Chemicon公司的成功也是建立在抗體的基礎上。該公司是由Dave Beckman于1983年創(chuàng )建的。起初是為一些被要求提供大量自制抗體所累的科學(xué)家提供委托加工服務(wù),后來(lái)該公司很快就擁有了自己的抗體產(chǎn)品,并將其業(yè)務(wù)擴展到供應體外診斷試劑、新型靶標如NeuN、干細胞相關(guān)試劑盒和試劑。
Linco Research公司是由Ronald Gingerich博士于1977年創(chuàng )建的。其先期的工作是制備稀釋的、可直接使用的一抗和二抗,后來(lái)該公司發(fā)展到為糖尿病研究提供專(zhuān)用工具。在20世紀90年代初期,Linco公司開(kāi)始生產(chǎn)為生物分析提供服務(wù)支持的診斷試劑盒,并將業(yè)務(wù)迅速擴展到臨床實(shí)驗的外包服務(wù)。隨著(zhù)新的放射免疫分析(RIA)和ELISA試劑盒,以及針對單個(gè)樣品中多種組分進(jìn)行多元分析技術(shù)的成功研發(fā),2002年又成立了Linco Diagnostic Services Inc。新公司主要致力于為創(chuàng )新研究、常規研究以及臨床診斷測試提供臨床和生物分析服務(wù)。
上述三家公司的成功和發(fā)展促成了Serologicals 公司的成立。該公司于2006年被Millipore公司兼并。新產(chǎn)品的注入大大增強了Millipore生物科學(xué)部的實(shí)力,使其處于高速成長(cháng)的生命科學(xué)領(lǐng)域,如藥物開(kāi)發(fā)、抗體、細胞生物學(xué)試劑以及干細胞研究的領(lǐng)先地位。尤其是抗體產(chǎn)品的引入使該公司已有的免疫檢測部門(mén)如虎添翼,進(jìn)一步促進(jìn)了新技術(shù)平臺和不同研究領(lǐng)域中諸多創(chuàng )新產(chǎn)品的出現。
Millipore公司基于抗體產(chǎn)品的部門(mén)與其他供應商有顯著(zhù)的不同。它能提供跨越主要學(xué)科(如神經(jīng)科學(xué)、細胞信號轉導、核功能、凋亡、粘附和細胞結構)以及和疾。ㄈ绨┌Y、心血管病、神經(jīng)退行性疾病和炎癥)密切相關(guān)的各種產(chǎn)品。并在每一方面都有一系列的產(chǎn)品,包括抗體、ELISAs、多元檢驗及其他檢測化驗產(chǎn)品。由于擁有超過(guò)8,000種基于抗體的產(chǎn)品,Millipore公司已成為能夠為需要通過(guò)使用多種技術(shù)平臺發(fā)現靶標物的諸多學(xué)科提供服務(wù)的領(lǐng)導源泉。
2 檢測研究--抗體的應用
從事蛋白質(zhì)研究的人都知道,即使最好的抗體也只不過(guò)能達到與免疫檢測系統相當的檢測效果。除了提高抗體的親和性、穩定性和特異性,發(fā)展用于檢測抗原-抗體相互作用的新技術(shù),對于推動(dòng)蛋白質(zhì)研究起著(zhù)至關(guān)重要的作用。
2.1 免疫印跡
免疫印跡技術(shù)的發(fā)展加快了基于抗體的研究工作。該技術(shù)被用來(lái)檢測蛋白質(zhì)的存在,并且在未經(jīng)純化時(shí)對它們的相對量進(jìn)行比較。其廣受歡迎的原因在于它簡(jiǎn)單、易于在膜轉印前與可進(jìn)行蛋白質(zhì)高效分離的十二烷基磺酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)聯(lián)用。
盡管免疫印跡技術(shù)的靈敏度和靈活性都得到了不斷提高,但在應用方面的進(jìn)展仍很緩慢。SNAP i.d.TM蛋白質(zhì)檢測系統(Millipore)試圖通過(guò)將免疫檢測(封板、清洗和孵化)時(shí)間縮短到30 min,而檢測結果與傳統方法相似甚至更好來(lái)加快免疫印跡技術(shù)的變革。由于在儀器設計上的改進(jìn),該系統在一次運行中可以使用更少量的抗體在不同體積的多個(gè)印跡點(diǎn)上進(jìn)行反應。由于與熒光、化學(xué)發(fā)光或生色檢測法相匹配(采用熒光檢測的一個(gè)實(shí)驗如圖1所示),SNAP i.d.TM系統可在較寬的靈敏度范圍內有效地檢測多種蛋白質(zhì)(如圖2所示)。
2.2 MILLIPLEX TM MAP
基于微珠的多元免疫分析是指基于抗體微陣列來(lái)分析復雜的生物響應。多元檢測最初用于在一個(gè)可重復使用的平臺上高特異性、高靈敏地同時(shí)檢測多個(gè)體積小的目標分析物,但在后基因組時(shí)代,人們發(fā)現蛋白質(zhì)在多個(gè)生物通路及復合體中發(fā)揮作用,因此多元檢測變得更加重要;谖⒅榈亩嘣庖叻治黾夹g(shù),如Luminex xMAP 技術(shù) (Luminex Corp., Austin, TX),不僅可以對感興趣的蛋白質(zhì)進(jìn)行檢測和定量,而且也可給出高達100個(gè)獨特分析物中的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用情況。
這些檢測方法主要基于與微珠結合的獨特的抗體對。它們具有可與在某種疾病狀態(tài)、表達譜、治療階段或生物過(guò)程(細胞因子生物學(xué))中多個(gè)感興趣的靶標物結合的開(kāi)放式結構。由于供應商可提供多種抗體對組合,這些檢測技術(shù)已經(jīng)成為生物標記物發(fā)現、早期癌癥分析和檢測、創(chuàng )傷和治療以及其他病理狀態(tài)檢測的工具。
MILLIPLEX MAP Human Cancer Biomarker Panel (Millipore) 就是這類(lèi)試劑盒中的一種。它是 Millipore公司與耶魯大學(xué)Gil Mor博士(婦產(chǎn)科和生殖科學(xué)系, 耶魯大學(xué)醫學(xué)院, New Haven, CT)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的。該試劑盒可同時(shí)檢測5種血清生物標志物,其中包括巨噬細胞遷移抑制因子(MIF)、催乳激素、CA-125、瘦素和骨橋蛋白 (OPN)。此外,對標記物IGF-II的檢測被認為是在卵巢癌診斷方面取得的重大進(jìn)展。這些生物標志物的含量隨著(zhù)體內癌細胞的存在而變化(如圖3所示)。如圖4的標準曲線(xiàn)所示,采用Biomarker Panel試劑盒可以在較寬的濃度范圍內對血清蛋白質(zhì)進(jìn)行檢測。
3 蛋白質(zhì)組的挑戰--一種蛋白,一種抗體
由于需要通過(guò)某些試劑來(lái)了解蛋白質(zhì)的功能及其與多種翻譯后修飾(如磷酸化、糖基化、甲基化、泛素化等)間的關(guān)系,蛋白質(zhì)組學(xué)給抗體帶來(lái)了光明的前景;诳贵w的蛋白質(zhì)組學(xué)方法,如微陣列、多元檢測、ELISAs及質(zhì)譜分析前的富集/去除等都已經(jīng)成為常規方法。因此,人們對通過(guò)發(fā)展新穎獨特的蛋白質(zhì)靶標以發(fā)現與疾病相關(guān)的生物標志物提出了更多的需求。盡管多個(gè)社團、組織和商業(yè)公司都致力于開(kāi)發(fā)用于蛋白質(zhì)組學(xué)和蛋白質(zhì)研究的新型抗體靶標,但仍然難以獲得一個(gè)基于已知種類(lèi)蛋白質(zhì)翻譯后修飾的完整蛋白質(zhì)表達文庫。
由于人類(lèi)蛋白質(zhì)組中可能存在上百萬(wàn)個(gè)不同種類(lèi)的蛋白質(zhì),因而在治療和疾病研究領(lǐng)域尤其迫切需要能夠識別每一種蛋白質(zhì)的獨特抗體。隨著(zhù)人們對定量分析和臨床檢測需求的不斷增加,一些成熟的技術(shù),如磁珠、質(zhì)譜、流式細胞儀及多種微分離手段的使用,將會(huì )推動(dòng)抗體的相關(guān)研究的發(fā)展。藥物開(kāi)發(fā)、研究和臨床應用中對抗體需求的不斷增加,必將繼續促進(jìn)研究人員不斷了解在天然狀態(tài)下蛋白質(zhì)是如何相互作用的。