Krankheitserreger tragen auf ihrer Oberfläche, wie andere Zellen auch, nicht nur ein einzelnes, dem menschlichen Körper fremdes Merkmal, sondern präsentieren der Immunabwehr viele verschiedene Merkmale, so wie etwa ein Ball nicht nur rund, sondern auch rot und glatt ist und nach Leder riecht. Bei einer Abwehrreaktion des Körpers werden verschiedene B-Zellen zur Produktion von Antikörpern angeregt. Als Resultat entsteht ein vielfältiges Gemisch von Antikörpern mit unterschiedlicher Spezifität (einer gegen "rund", einer gegen "rot", "glatt" oder "aus Leder"). Aus jeder dieser verschiedenen Zellen entsteht durch Teilung je ein Klon von B-Zellen, dessen Antikörper sich gegen je eines der möglichen Antigene richtet. Daher verläuft die normale Antikörperproduktion unter natürlichen Bedingungen "polyklonal". Antikörper, die ein Organismus gegen ein Antigen produziert, sind also sehr heterogen.
Geschichtliches
Für die Entwicklung des Verfahrens zur Herstellung monoklonaler Antikörper
wurde GEORGES KÖHLER (1946-1995) und CESAR MILSTEIN (1927-2002) 1984
der Nobelpreis für
Medizin oder Physiologie verliehen. Sie hatten einen Weg gefunden, um ganz gezielt
nur eine Sorte von Antikörpern zu produzieren. Das funktioniert nicht
mehr allein in vivo sondern auch in
vitro. Mit ihrer Methode können heute im Reagenzglas Antikörper
in beliebigen Mengen gegen jedes beliebige Merkmal hergestellt werden.
Der entscheidende Trick besteht darin, die anfälligen Immunzellen
robuster zu machen, sodass sie auch in Kultur überleben. MILSTEIN
und KÖHLER schafften das durch Fusion der Immunzellen mit Tumorzellen,
die sich ja bekanntlich durch ungehemmtes Wachstum auszeichnen. Die Fusionszelle
wird als Hybridomazelle bezeichnet.
Die Technik erlaubt den Einsatz in der Forschung und in der Medizin; dazu
müssen Antikörper unter standardisierten Bedingungen produziert
werden und hohen Anforderungen an die Sicherheit genügen.
Herstellung monoklonaler Antikörper
Antikörper werden von (Blut)Plasmazellen produziert, diese wiederum
gehen aus B-Lymphozyten hervor. Jeder B-Lymphozytenstamm erzeugt seine
eigene hochspezifizierte Antikörperart. Monoklonale
Antikörper sind genetisch identische Antikörper, die mit
der Hybridomtechnik hergestellt werden, dabei werden entartete Lymphozyten
– sie besitzen eine dauerhafte Teilungsfähigkeit – mit Antikörper
bildenden Lymphozyten verschmolzen (hybridisiert). Diese Hybridome sind
fast unbegrenzt lebensfähig und bilden große Mengen des Antikörpers,
auf den die Lymphozyten ausgerichtet waren. Alle von einem solchen einzelnen
"Zellklon" gebildeten Antikörper sind demnach baugleich
und auf die Erkennung nur einer bestimmten antigenen Determinante oder
eines bestimmten Merkmals spezialisiert. Solche Antikörper nennt
man daher monoklonal.
Wegen der Schwierigkeiten bei der Herstellung von humanen monoklonalen
Antikörpern spielen die Antikörper der Maus in der Forschung
die Hauptrolle. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Kenntnisse
über Maus-Antikörper wegen der Strukturverwandtschaft grundsätzlich
auf humane Antikörper übertragbar sind.
Verfahrensweise:
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1.
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Die reinen Antigene werden der Maus injiziert, damit sie im Zuge ihrer Immunreaktion mithilfe der B-Lymphozyten Antikörper ausbildet. Um die Spezifität zu erhöhen, geschieht diese Immunisierung mehrfach. |
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2.
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Während bei der herkömmlichen Antiserum-Gewinnung lediglich die Zellbestandteile aus dem Blut entfernt werden, wird hier die mit B-Lymphozyten angereicherte Milz entfernt und diese Zellen werden in Kultur gebracht. |
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3.
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Myelomzellen (aus der gleichen Tierart) werden nun mit den Lymphozyten aus der Mausmilz verschmolzen. (Myelomzellen sind entartete Lymphozyten, die zur Ausbildung von Tumoren (Myelom) führen.) |
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4.
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Unter dem Einfluss von HGPRT, einem Enzym, das für die Nucleinsäurehybridisierung sorgt, entstehen Hybridzellen, die die Fähigkeit der Lymphozyten zur Antikörperproduktion mit der Unsterblichkeit der Tumorzellen vereinigen. |
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5.
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Mithilfe verschiedener Tests erfolgt die Selektion, also die Auswahl der verschiedenen Antikörper produzierenden Zellklone. Einzelne dieser Zellen lässt man dann in Nährmedien zu Zellkolonien heranwachsen. Alle Zellen dieses Klons bilden nun denselben Antikörper, einen monoklonalen Antikörper. |
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6.
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Diese monoklonalen Antikörper werden von den Zellen an die Nährmedien abgegeben und können daraus in großen Mengen gewonnen werden. |
Anwendung
Eine praktisch-medizinische Anwendung von monoklonalen Antikörpern
liegt in ihrer potenziellen Bedeutung als hochspezifische Therapeutika,
die als "magic bullits" zielgenau und nebenwirkungsarm ihre
Arbeit verrichten.
Monoklonale Antikörper werden beim Nachweis von Wirkstoffen oder
bei der Tumormarker-Diagnostik angewendet. Speziell auf diesem Gebiet
gibt es gute Hinweise, dass durch den Gebrauch von monoklonalen Antikörpern
sowohl die Tumordiagnose als auch die Tumorüberwachung eine höhere
Spezifität und Empfindlichkeit erreichen könnten. Monoklonale
Antikörper erweisen sich auch insofern als nützliche Tumormarker,
als durch sie auch weitere und neue Antigene erfassbar gemacht werden.
Anwendung finden sie auch in der mikrobiologischen Diagnostik. Sie ermöglichen
eine differenzielle Diagnose viraler, bakterieller und parasitärer
Infektionskrankheiten,
da die Erreger spezifisch durch sie nachgewiesen werden können. Da
theoretisch auch der Nachweis der Antigenvariationen auf Influenzavirus-Molekülen
mit monoklonalen Antikörpern möglich ist, kommt ihnen auch großes
epidemiologisches Interesse zu.
Monoklonale Antikörper finden Anwendung in der biochemischen und
in der biotechnologischen Grundlagenforschung. Ein neuer Zugang zu biologischen
Strukturen wurde eröffnet, der mit den klassischen biochemischen
und immunologischen Verfahren überhaupt nicht möglich oder äußerst
mühsam war.
Monoklonale Antikörper sind ein enorm wichtiges Instrument zur Differenzierung
der Zellpopulationen des Immunsystems. Man hofft auf diesem Weg Informationen
zu gewinnen, durch die wichtige Rückschlüsse auf Immunreaktionen
gezogen werden können.
In gleicher Weise wird heute versucht, spezifische Wachstums-, Differenzierungs-
und Aktivierungsmarker auf Tumorzellen zu finden und zu charakterisieren,
sowie sie funktionell und strukturell besser verstehen zu lernen.