抗体工学とは何ですか?

抗体工学の助けにより、抗体の分子サイズ、薬物動態、免疫原性、結合親和性、特異性、エフェクター機能を改変することが可能になりました。抗体を合成した後、その特異的な結合性は臨床診断および治療において非常に高い価値をもたらします。抗体工学を通じて、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ます。

抗体工学の目的は、天然の抗体では実現できない高度に特異的で安定した機能を設計・生産し、治療用抗体の生産の基盤を築くことです。

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を有し、複数の生物種を対象としたカスタマイズされたモノクローナル抗体およびポリクローナル抗体サービス、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、お客様に高品質なバイオシミラー抗体および組換えタンパク質製品、ならびに関連サービスを提供することで、効率的で特異性が高く安定した抗体を生産することができます。包括的な抗体、タンパク質プラットフォーム、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、抗体シーケンシング、抗体検証といった技術サービスを含め、抗体生産の上流から下流までをカバーするサービスを提供しています。

抗体工学の先駆段階は、次の 2 つの技術に関連しています。

--組み換えDNA技術

--ハイブリドーマ技術

抗体工学の急速な発展は、次の 3 つの重要な技術に関連しています。

--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: 組み換えタンパク質は、酵母、桿体ウイルス、植物などの発現システムによって生産されます。

--コンピュータ支援構造設計

第一世代の抗体は、キメラ抗体を作製するためにヒト化され、マウスモノクローナル抗体の可変領域をヒトIgG分子の定常領域に連結しました。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に移植されました。CDR領域を除く他の抗体はほぼヒト抗体であり、マウスクローン抗体をヒト治療に使用する際にヒト抗マウス抗体（HAMA）反応を誘発しないように配慮されました。

 

ファージディスプレイライブラリを構築するには、まず抗体をコードする遺伝子を入手する必要があります。この遺伝子は、免疫動物のB細胞から単離（免疫ライブラリ構築）、非免疫動物から直接抽出（天然ライブラリ構築）、あるいは抗体遺伝子断片を用いてin vitroで組み立てる（合成ライブラリ構築）ことができます。次に、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（通常はピチア・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、桿体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システムで、これは特定のコード抗体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）のいずれかをコードします。この遺伝子融合体は、バクテリオファージの表面にディスプレイされます。この技術の核心は、特異的結合を持つことができるという点で天然ライブラリよりも優れているファージディスプレイライブラリを構築することです。その後、抗原特異性を持つ抗体を生物学的選択プロセスによって選別し、標的抗原を固定し、結合していないファージを繰り返し洗浄除去し、さらに結合したファージを洗浄除去して濃縮します。この操作を3回以上繰り返すことで、高い特異性と高い親和性を持つ抗体が単離されます。

図3：抗体ライブラリ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用いられます。Fab抗体は、まず胃プロテアーゼによって加水分解され、(Fab ')2断片を生成します。この断片はパパインによって消化され、個々のFab断片を生成します。Fv断片はVHとVLで構成されますが、ジスルフィド結合がないため安定性に欠けます。そのため、VHとVLは15～20アミノ酸からなる短いペプチドを介して連結され、分子量約25KDaの単鎖可変断片（scFv）抗体を形成します。

ラクダ科（ラクダ、アマ、アルパカ）における抗体構造の研究により、抗体は重鎖のみで構成され、軽鎖は含まれていないことが明らかになっています。そのため、重鎖抗体（hcAb）と呼ばれています。重鎖抗体の可変ドメインは、シングルドメイン抗体、ナノボディ、またはVHHと呼ばれ、そのサイズは12～15 kDaです。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です。

図5: 重鎖抗体とVHH/ナノボディ

無細胞発現は、天然または合成DNAの発現を利用してin vitroタンパク質合成を実現する手法で、通常は大腸菌発現系が用いられます。この手法はタンパク質を迅速に生産し、in vivoで大量の組み換えタンパク質を生産する際に細胞への代謝および細胞毒性の負担を回避します。また、翻訳後の修飾や膜タンパク質合成が困難なタンパク質など、合成が困難なタンパク質も生産可能です。