抗体工学とは何か？

抗体工学の助けを借りて、抗体の分子サイズ、薬物動態、免疫原性、結合親和性、特異性、およびエフェクター機能を改変することが可能になった。抗体を合成した後、その特異的な結合により、抗体は臨床診断および治療において非常に価値が高くなる。抗体工学を通して、抗体は医薬品および診断薬の早期開発のニーズを満たすことができる。

抗体工学の目的は、天然の抗体では実現できない、非常に特異的で安定した機能を設計・製造し、治療用抗体の製造の基礎を築くことである。

アルファライフテックは、抗体工学における豊富なプロジェクト経験に基づき、複数の生物種に対応したモノクローナル抗体およびポリクローナル抗体のカスタマイズサービス、ならびにファージディスプレイ抗体ライブラリーの構築およびスクリーニングサービスを提供しています。アルファライフテックは、高品質バイオシミラー抗体および組換えタンパク質製品、ならびに効率的で特異性が高く安定した抗体を製造するための関連サービスをお客様に提供します。包括的な抗体、タンパク質プラットフォーム、およびファージディスプレイシステムを活用することで、抗体ヒト化、抗体精製、抗体配列決定、抗体検証などの技術サービスを含む、抗体生産の上流から下流までを網羅するサービスを提供しています。

抗体工学の先駆的な段階は、以下の2つの技術に関連している。

組換えDNA技術

ハイブリドーマ技術

抗体工学の急速な発展は、以下の3つの重要な技術に関連している。

遺伝子クローニング技術とポリメラーゼ連鎖反応

--タンパク質発現：組換えタンパク質は、酵母、桿状ウイルス、植物などの発現系によって生産される。

コンピュータ支援構造設計

第一世代の抗体は、キメラ抗体の作製を目的としてヒト化され、マウスモノクローナル抗体の可変領域がヒトIgG分子の定常領域に連結された。第二世代のマウスモノクローナル抗体の抗原結合領域（CDR）は、ヒトIgGに移植された。CDR領域を除けば、他の抗体はほぼすべてヒト抗体であり、マウスクローン抗体をヒト治療に用いる際に、ヒト抗マウス抗体（HAMA）反応を誘発しないよう配慮された。

 

ファージディスプレイライブラリーを構築するには、まず抗体をコードする遺伝子を取得します。これは、免疫動物のB細胞から分離（免疫ライブラリー構築）、非免疫動物から直接抽出（天然ライブラリー構築）、または抗体遺伝子断片を用いてin vitroで組み立てる（合成ライブラリー構築）ことができます。次に、これらの遺伝子をPCRで増幅し、プラスミドに挿入して、適切な宿主系（酵母発現（通常はピキア・パストリス）、原核生物発現（通常は大腸菌）、哺乳類細胞発現、植物細胞発現、および桿状ウイルスに感染した昆虫細胞発現）で発現させます。最も一般的なのは大腸菌発現系で、特定の抗体をコードする配列をファージに組み込み、ファージシェルタンパク質（pIIIまたはpVIII）の1つをコードします。遺伝子融合により、ファージの表面に抗体が提示されます。この技術の中核はファージディスプレイライブラリーを構築することであり、天然ライブラリーに比べて特異的な結合が可能であるという利点があります。続いて、生物学的選択プロセスによって抗原特異性を持つ抗体を選別し、標的抗原を固定し、未結合のファージを繰り返し洗浄除去し、結合したファージを洗浄除去してさらに濃縮する。この操作を3回以上繰り返すことで、特異性と親和性の高い抗体を単離する。

図3：抗体ライブラリーの構築とスクリーニング

組換えDNA技術は抗体断片の生成に利用できます。Fab抗体は、最初は胃プロテアーゼによって加水分解されて（Fab'）2断片のみが生成され、その後パパインによって消化されて個々のFab断片が生成されます。Fv断片はVHとVLから構成されますが、ジスルフィド結合がないため安定性が低いという問題があります。そのため、VHとVLは15～20個のアミノ酸からなる短いペプチドで連結され、分子量約25kDaの単鎖可変断片（scFv）抗体が形成されます。

ラクダ科（ラクダ、ライマ、アルパカ）の抗体構造の研究により、抗体は重鎖のみからなり軽鎖を持たないことが明らかになったため、重鎖抗体（hcAb）と呼ばれている。重鎖抗体の可変ドメインは、単一ドメイン抗体、ナノボディ、またはVHHと呼ばれ、そのサイズは12～15 kDaである。モノマーであるため、ジスルフィド結合を持たず、非常に安定しており、抗原に対する親和性が非常に高い。

図5：重鎖抗体とVHH/ナノボディ

無細胞発現法は、天然または合成DNAの発現を利用して試験管内でタンパク質合成を行う方法で、一般的には大腸菌発現系が用いられます。この方法ではタンパク質を迅速に生産でき、生体内で大量の組換えタンパク質を生産する際に細胞に生じる代謝的および細胞毒性的な負担を回避できます。また、翻訳後の修飾が困難なタンパク質や膜タンパク質など、合成が難しいタンパク質の生産も可能です。