探究生物科學的未來
直到19世紀90年代初,Karl Landsteiner通過抗體來確定苯環上鄰位和間位取代基團的構象時,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,Emil von Behring和Shibasaburo Kitasato證明了針對白喉和破傷風毒素的抗體具有免疫性,從而將Paul Ehrlich關于抗體可作為“魔術子彈”針對性治療人體疾病的學說推向極致。
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展。但是直到20世紀70年代才將其用于應用研究。隨著單克隆抗體、酶法檢測和熒光標記技術的出現,抗體的研究終于進入全盛時期。抗體在免疫組化、免疫印跡、酶聯免疫吸附(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產業開辟了新的有利可圖的市場。現在,世界各地數百家公司都能提供抗體,以滿足研究、商業和治療需要。
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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),主要從事注冊和開發新的抗體工具,并將它們銷售給科研機構。Upstate公司是由W. Alton Jones 細胞科學中心的 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。通過與市場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、經過驗證的抗體、蛋白質和激酶的專業公司。
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年創建的。起初是為一些被要求提供大量自制抗體所累的科學家提供委托加工服務,后來該公司很快就擁有了自己的抗體產品,并將其業務擴展到供應體外診斷試劑、新型靶標如NeuN、干細胞相關試劑盒和試劑。
Linco Research公司是由Ronald Gingerich博士于1977年創建的。其先期的工作是制備稀釋的、可直接使用的一抗和二抗,后來該公司發展到為糖尿病研究提供專用工具。在20世紀90年代初期,Linco公司開始生產為生物分析提供服務支持的診斷試劑盒,并將業務迅速擴展到臨床實驗的外包服務。隨著新的放射免疫分析(RIA)和ELISA試劑盒,以及針對單個樣品中多種組分進行多元分析技術的成功研發,2002年又成立了Linco Diagnostic Services Inc。新公司主要致力于為創新研究、常規研究以及臨床診斷測試提供臨床和生物分析服務。
上述三家公司的成功和發展促成了Serologicals 公司的成立。該公司于2006年被Millipore公司兼并。新產品的注入大大增強了Millipore生物科學部的實力,使其處于高速成長的生命科學領域,如藥物開發、抗體、細胞生物學試劑以及干細胞研究的領先地位。尤其是抗體產品的引入使該公司已有的免疫檢測部門如虎添翼,進一步促進了新技術平臺和不同研究領域中諸多創新產品的出現。
Millipore公司基于抗體產品的部門與其他供應商有顯著的不同。它能提供跨越主要學科(如神經科學、細胞信號轉導、核功能、凋亡、粘附和細胞結構)以及和疾病(如癌癥、心血管病、神經退行性疾病和炎癥)密切相關的各種產品。并在每一方面都有一系列的產品,包括抗體、ELISAs、多元檢驗及其他檢測化驗產品。由于擁有超過8,000種基于抗體的產品,Millipore公司已成為能夠為需要通過使用多種技術平臺發現靶標物的諸多學科提供服務的領導源泉。
2 檢測研究--抗體的應用
從事蛋白質研究的人都知道,即使最好的抗體也只不過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,發展用于檢測抗原-抗體相互作用的新技術,對于推動蛋白質研究起著至關重要的作用。
2.1 免疫印跡
免疫印跡技術的發展加快了基于抗體的研究工作。該技術被用來檢測蛋白質的存在,并且在未經純化時對它們的相對量進行比較。其廣受歡迎的原因在于它簡單、易于在膜轉印前與可進行蛋白質高效分離的十二烷基磺酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)聯用。
盡管免疫印跡技術的靈敏度和靈活性都得到了不斷提高,但在應用方面的進展仍很緩慢。SNAP i.d.TM蛋白質檢測系統(Millipore)試圖通過將免疫檢測(封板、清洗和孵化)時間縮短到30 min,而檢測結果與傳統方法相似甚至更好來加快免疫印跡技術的變革。由于在儀器設計上的改進,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印跡點上進行反應。由于與熒光、化學發光或生色檢測法相匹配(采用熒光檢測的一個實驗如圖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(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分析復雜的生物響應。多元檢測最初用于在一個可重復使用的平臺上高特異性、高靈敏地同時檢測多個體積小的目標分析物,但在后基因組時代,人們發現蛋白質在多個生物通路及復合體中發揮作用,因此多元檢測變得更加重要。基于微珠的多元免疫分析技術,如Luminex xMAP 技術 (Luminex Corp., Austin, TX),不僅可以對感興趣的蛋白質進行檢測和定量,而且也可給出高達100個獨特分析物中的蛋白質-蛋白質相互作用情況。
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、表達譜、治療階段或生物過程(細胞因子生物學)中多個感興趣的靶標物結合的開放式結構。由于供應商可提供多種抗體對組合,這些檢測技術已經成為生物標記物發現、早期癌癥分析和檢測、創傷和治療以及其他病理狀態檢測的工具。
MILLIPLEX MAP Human Cancer Biomarker Panel (Millipore) 就是這類試劑盒中的一種。它是 Millipore公司與耶魯大學Gil Mor博士(婦產科和生殖科學系, 耶魯大學醫學院, New Haven, CT)聯合開發的。該試劑盒可同時檢測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展。這些生物標志物的含量隨著體內癌細胞的存在而變化(如圖3所示)。如圖4的標準曲線所示,采用Biomarker Panel試劑盒可以在較寬的濃度范圍內對血清蛋白質進行檢測。


3 蛋白質組的挑戰--一種蛋白,一種抗體
由于需要通過某些試劑來了解蛋白質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)間的關系,蛋白質組學給抗體帶來了光明的前景。基于抗體的蛋白質組學方法,如微陣列、多元檢測、ELISAs及質譜分析前的富集/去除等都已經成為常規方法。因此,人們對通過發展新穎獨特的蛋白質靶標以發現與疾病相關的生物標志物提出了更多的需求。盡管多個社團、組織和商業公司都致力于開發用于蛋白質組學和蛋白質研究的新型抗體靶標,但仍然難以獲得一個基于已知種類蛋白質翻譯后修飾的完整蛋白質表達文庫。
由于人類蛋白質組中可能存在上百萬個不同種類的蛋白質,因而在治療和疾病研究領域尤其迫切需要能夠識別每一種蛋白質的獨特抗體。隨著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,如磁珠、質譜、流式細胞儀及多種微分離手段的使用,將會推動抗體的相關研究的發展。藥物開發、研究和臨床應用中對抗體需求的不斷增加,必將繼續促進研究人員不斷了解在天然狀態下蛋白質是如何相互作用的。