综述:单克隆抗体高通量筛选策略:进展与挑战

时间:2025年5月10日
来源:Journal of Biological Engineering

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这篇综述聚焦单克隆抗体高通量筛选技术,涵盖抗体库展示技术、单 B 细胞抗体技术、单细胞测序技术等。详细阐述其原理、优势与挑战,对比传统方法,展示在生物医学领域的重要进展,为抗体开发研究提供全面参考。

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单克隆抗体高通量筛选技术的重要性与发展背景


在当代生物医学产业中,通过高通量筛选和快速制备获得的具有高亲和力和特异性的抗体至关重要。传统的杂交瘤策略制备抗体存在效率低、生产周期长、批次差异大以及劳动强度高等问题。随着分子生物学和基因编辑技术的发展,新的高通量技术为抗体生产带来了革命性的改进,有望成为抗体开发的主流方法。

抗体库展示技术


哺乳动物 B 细胞抗体库可产生多种抗体,抗体库展示技术将抗体片段展示在载体表面构建抗体库,通过筛选获得目标抗体。

  • 噬菌体展示抗体库技术:是应用广泛的抗体开发方法,通过将抗体基因片段与噬菌体外壳蛋白融合,使抗体展示在噬菌体表面。近年来,自动化筛选、微流控技术和下一代测序(NGS)等的应用,显著提高了筛选效率,推动其在癌症、病毒感染和自身免疫性疾病等抗体开发中的应用。
  • 细胞展示抗体库技术:包括酵母展示、细菌细胞展示和哺乳动物细胞展示等平台。酵母展示可利用真核环境促进抗体正确折叠和修饰;哺乳动物细胞展示部分解决了噬菌体展示中缺乏翻译后修饰的问题;细菌细胞展示虽有挑战,但也在不断创新,如特定的细菌细胞抗体库方法可成功筛选高亲和力 IgG 克隆。
  • 核糖体展示抗体库技术:通过形成 “蛋白质 - 核糖体 - mRNA”(PRM)三元复合物在体外筛选功能蛋白。该技术克服了一些细胞或病毒展示技术的局限,但 PRM 复合物中 mRNA 易降解,影响抗体筛选效率,不过已有一些优化系统和平台来改善这一问题。

单 B 细胞抗体技术


单 B 细胞抗体技术可直接从动物组织或外周血中分离单个抗原特异性 B 细胞,快速获得天然配对的轻链和重链可变区。

  • 基于荧光激活细胞分选(FACS)的单 B 细胞抗体制备:FACS 是常用的细胞分选技术,能快速准确识别抗原特异性 B 细胞,但存在灵敏度低、检测噪音高、易出现假阳性和假阴性等问题,常与磁性激活细胞分选(MACS)联合使用以提高分选特异性。
  • 基于微流控分选的单 B 细胞抗体制备技术:微流控技术在抗体开发中具有优势,分为微滴和微孔系统。微滴微流控技术中,每个微滴是独立微反应器,可实现高通量细胞分离和检测;微孔系统如单 B 细胞抗体纳米孔(SCANs)和 Beacon® 平台,能高效筛选和培养单个 B 细胞,但存在技术复杂、成本高等问题。

高通量单细胞测序抗体生产技术


该技术基于 V (D) J 基因重排、体细胞超突变(SHM)和类别转换等过程产生的抗体可变区序列多样性。通过分离和富集特定 B 细胞,进行单细胞测序和生物信息学分析,获得抗体基因序列。

  • CITE - seq 和 LIBRA - seq 技术:CITE - seq 的出现推动了单细胞测序发展,基于此的 LIBRA - seq 技术可将 B 细胞受体与抗原特异性联系起来,实现快速高通量抗体筛选,已在多种病毒抗体开发中取得成功,但存在重组抗原设计复杂和实验流程不连续等问题。
  • 10× Genomics 单细胞测序平台:利用微流控技术和分子识别方法,支持大规模抗体开发和优化,可准确捕获和配对抗体轻重链可变区序列,在抗体发现和开发领域应用广泛。不过,高通量单细胞测序产生的数据量庞大,需要有效的数据处理和分析策略。

总结与展望


高通量抗体筛选技术发展迅速,多种技术各有优劣。抗体库展示技术经自动化和高通量方法改进,成为创新药物发现平台;单 B 细胞抗体技术可快速生成高亲和力抗体,但筛选准确性和仪器成本有待优化;高通量单细胞测序是高效的抗体制备方法,但数据处理面临挑战。未来,随着生物信息学、结构生物学、抗体工程、人工智能和自动化技术的进一步发展,这些技术将更加集成、自动化和智能化,推动抗体开发领域的持续进步。

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