Найти в Дзене
Фарма FM

От опытов на сыворотке до революции в медицине. Краткая история моноклональных антител

Согласно отчету аналитической компании Business Research, объем рынка моноклональных антител достигнет 330,35 миллиарда долларов к 2027 году, ежегодно увеличиваясь на 12%. Фарма FM с помощью друзей из научно-популярного издания «Биомолекула» решил вспомнить, с чего началась история этого прогрессивного метода терапии и как моноклональные антитела применяют сегодня. Все началось с чудо-сыворотки В XIX веке об иммунизации уже знали — благодаря первой в мире вакцине, открытой Эдвардом Дженнером. Стало понятно, что вещества, которые помогают привитому человеку не заболеть, содержатся в сыворотке — жидкой части крови. В 1890 году немецкий врач Эмиль Адольф фон Беринг и японский микробиолог Китасато Сибасабуро опубликовали статью «О развитии иммунитета против дифтерии и столбняка у животных», которую завершили громким заявлением: «Таким образом, возможность лечения даже самых тяжелых заболеваний больше не может быть проигнорирована». Беринг не только создал спасительную антидифтерийную сывор

Согласно отчету аналитической компании Business Research, объем рынка моноклональных антител достигнет 330,35 миллиарда долларов к 2027 году, ежегодно увеличиваясь на 12%. Фарма FM с помощью друзей из научно-популярного издания «Биомолекула» решил вспомнить, с чего началась история этого прогрессивного метода терапии и как моноклональные антитела применяют сегодня.

Все началось с чудо-сыворотки

В XIX веке об иммунизации уже знали — благодаря первой в мире вакцине, открытой Эдвардом Дженнером. Стало понятно, что вещества, которые помогают привитому человеку не заболеть, содержатся в сыворотке — жидкой части крови.

Эмиль фон Беринг (справа), первый в истории лауреат Нобелевской премии по медицине и физиологии, вместе со своим помощником (слева) в своей лаборатории в 1890 году
Эмиль фон Беринг (справа), первый в истории лауреат Нобелевской премии по медицине и физиологии, вместе со своим помощником (слева) в своей лаборатории в 1890 году

В 1890 году немецкий врач Эмиль Адольф фон Беринг и японский микробиолог Китасато Сибасабуро опубликовали статью «О развитии иммунитета против дифтерии и столбняка у животных», которую завершили громким заявлением: «Таким образом, возможность лечения даже самых тяжелых заболеваний больше не может быть проигнорирована». Беринг не только создал спасительную антидифтерийную сыворотку, но и стал основоположником «сывороточной терапии», за что в 1901 году получил Нобелевскую премию, а также заложил основы проведения доклинических и клинических исследований таких препаратов.

Теория «боковых цепей»

Хотя понятие антител уже появилось, ученые XIX века точно не знали, как они вырабатываются, какими бывают, как ищут и обезвреживают антигены. Теории создавались и опровергались, гипотезы выдвигались и разбивались о новые открытия — иммунология продвигалась вперед медленно, в том числе потому, что центральную догму молекулярной биологии «ДНК → РНК → белок» Фрэнсис Крик предложил только в 1958 году, а до этого времени ученые не знали о принципах синтеза белковой молекулы.

В 1897 г. Крауз описал реакцию преципитации (образования комплекса) между антигеном и антителом, и ученые получили возможность качественно и количественно исследовать реакцию «антиген—антитело». Немецкий микробиолог Пауль Эрлих, один из основоположников иммунологии и химиотерапии, разработал принцип количественного определения антител и антигенов методом титрования и теорию «боковых цепей», которая объясняла образование антител.

Согласно теории, антитело — это особый вид молекул, расположенных в виде рецепторов («боковых цепей») на поверхности клеток, которые взаимодействуют с антигеном по принципу «ключ—замок». На поверхности клеток изначально существует некий репертуар таких рецепторов, и антиген отбирает специфичные ему антитела, которые открепляются от поверхности клетки, циркулируют в крови, находят и инактивируют антигены. Десятилетия спустя теорию поставили под сомнение: оказалось, антитела вырабатываются не только против возбудителей заболеваний, но и против безвредных веществ, в том числе собственных молекул организма. А иммунолог Карл Ландштейнер из Австрии доказал, что репертуар антител не может быть ограничен, они вырабатываются и к «искусственным» соединениям, которых нет в природе.

Теория боковых цепей. Рисунок Елены Беловой. Источник: https://biomolecula.ru/articles/kratkaia-istoriia-otkrytiia-i-primeneniia-antitel
Теория боковых цепей. Рисунок Елены Беловой. Источник: https://biomolecula.ru/articles/kratkaia-istoriia-otkrytiia-i-primeneniia-antitel

Все это время, пока структуру молекулы ДНК еще не расшифровали, были популярны матричные теории: специфичность антител объясняли так: антиген выступает в роли матрицы, и на его поверхности синтезируются антитела — аминокислоты сшиваются в цепочку, комплементарную конформации (расположению атомов в молекуле) антигена.

Клонально-селективная теория

Матричные теории выглядели логично, но не объясняли такие феномены, как иммунологическая память, когда антитела быстрее вырабатываются при повторной встрече с вирусом; или иммунологическая толерантность — способность организма не реагировать на собственные антигены. Стало понятно, что механизм появления антител гораздо сложнее.

В 1948 году шведская исследовательница Астрид Фагреус нашла источник антител — активированные В-лимфоциты, плазматические клетки. А в 1949 году, австралийский вирусолог Фрэнк Бёрнет совместно с Фрэнком Феннером опубликовал монографию «Продукция антител», где впервые выдвинул гипотезу непрямой матрицы: он предположил, что антигены умеют изменять структуру РНК в антиген-продуцирующих клетках,что запускает синтез специфических антител.

Следующий этап в исследовании антител — это теория естественного отбора, которую в 1955 году выдвинул датский иммунолог Нильс Ерне: согласно ей, в организме синтезируется полный набор антител, которые связываются с антигенами и доставляют их клеткам-продуцентам антител, а те уже вырабатывают высокоспецифичные антитела. И, наконец, австралийский вирусолог-имунолог Фрэнк Бёрнет в 1957 году создал клонально-селективную теорию: попадая в организм, антиген распознается специфическим рецептором на поверхности антитело-продуцирующей клетки, которая начинает активно делиться, образуя клон из фактически одинаковых клеток, вырабатывающих антитела, сходные по структуре с рецептором на поверхности клетки-родоначальницы клона. В основе механизма — постоянный отбор «успешных» клонов, что повышает специфичность антител. Одним из подтверждений теории стала разработанная в 1970-х технология получения гибридóм — клеток, продуцирующих моноклональные антитела.

Фрэнк Бёрнет в лаборатории Мельбурнского университета, Австралия
Фрэнк Бёрнет в лаборатории Мельбурнского университета, Австралия

Трудности патента, Маргарет Тэтчер и драйвер для иммунологии

Чтобы использовать высокоспецифичные антитела в медицине, нужно было научиться их получать в больших количествах. Для синтеза моноклональных (идентичных на молекулярном уровне) антител необходимо отобрать нужный клон антитело-продуцирующих клеток и культивировать его в лабораторных условиях, но главное — «обессмертить» продуцирующие клетки. И в 1970-х ученые Сезар Мильштейн и Жорж Кёлер разработали технологию производства гибридóм — клеточных гибридов из нормальной и опухолевой клеток, синтезирующих моноклональные антитела.

Общая схема разработки антитела. Рисунок Елены Беловой. Источник: https://biomolecula.ru/articles/biotekhnologiia-antitel
Общая схема разработки антитела. Рисунок Елены Беловой. Источник: https://biomolecula.ru/articles/biotekhnologiia-antitel

Технологию не запатентовали, и это позволило ученым из других стран взять этот метод на вооружение и таким образом развивать иммунологическую отрасль. Впрочем, потенциал технологии оценил предприимчивый агент Medical Research Council (MRC) Тони Викерс, но патент получить не удалось: к тому времени статья Мильштейна и Кёлера уже была опубликована в журнале Nature, и компания National Research Development Corporation отказала Викерсу. Узнав об этом, Маргарет Тэтчер была в ярости, особенно потому, что американская компания «Вистар» получила патент на моноклональные антитела против опухолевых антигенов, а в основе разработки лежало открытие британца Мильштейна — тот сам предоставил главе компании линии клеток миеломы X63.

Сам Миштейн от отсутствия патента не расстроился и даже посчитал это «благословением»: иначе он не смог бы свободно трудиться и делиться научными открытиями с миром. А в 1984 году он вместе с коллегой Кёлером получил Нобелевскую премию.

Переворот в фарме

Моноклональные антитела, которые точечно взаимодействуют с нужным антигеном, стали одним из самых многообещающих открытий для фармкомпаний. На их основе можно разрабатывать высокочувствительные, точные и эффективные препараты — недаром терапия моноклональными антителами стала золотым стандартом в лечении онкозаболеваний, образовав «второе поколение лекарств».

Первым одобренным лекарством на основе моноклонального антитела стал муромонаб, или OKT3: препарат блокировал молекулу CD3 и предотвращал реакцию отторжения органа после трансплантации. Правда, лекарство было создано на основе мышиных моноклональных антител и из-за чужеродных белков провоцировало много побочных эффектов. Технологии продолжили совершенствовать, и теперь большинство таких препаратов основаны на химерных или гуманизированных антителах, с минимальным количеством мышиного материала.

Схема получения химерного антитела. Источник: https://www.mimabs.org/en/science-technologies/monoclonal-antibodies/
Схема получения химерного антитела. Источник: https://www.mimabs.org/en/science-technologies/monoclonal-antibodies/

Сегодня в мире более 100 препаратов на основе моноклональных антител, и новые разработки продолжают появляться. Среди них есть 4 блокбастера:

  • «Хумира» (адалимумаб) для лечения ревматоидного артрита, псориаза, болезни Крона и других аутоиммунных заболеваний;
  • «Ритуксан» (ритуксимаб) для лечения неходжкинской лимфомы;
  • «Авастин» (бевацизумаб) — моноклональное антитело, блокирующее работу эндотелиального фактора роста A и препятствующее росту опухолей;
  • «Герцептин» (трастузумаб) — блокирует молекулу Her2/neu, провоцирующую рак молочной железы.
«Хумира» от AbbVie входит в топ-5 препаратов-блокбастеров на основе моноклональных антител. В 2021 году его продали более чем на $20 млрд
«Хумира» от AbbVie входит в топ-5 препаратов-блокбастеров на основе моноклональных антител. В 2021 году его продали более чем на $20 млрд

Моноклональные антитела используют не только в лечении, но и в диагностике: например, в иммуногистохимии срез ткани окрашивают моноклональными антителами, чтобы определить тип опухоли и подобрать необходимое лечение. Ими также стали помечать исследуемые клетки во время проточной цитометрии — методики, которая позволяет получать комплексную информацию о множестве клеток за раз.

Подпишитесь на наш канал, чтобы не пропускать эксклюзивные новости и колонки Фарма FM.