Monoklonale Antikörper
Gewöhnlich wirken vielfältige Strukturen auf der Oberfläche von Viren, Bakterien und anderen Erregern als Epitope (sie reagieren jeweils mit einem spezifischen Antikörper), sodass im Organismus als Abwehrreaktion meist ein Gemisch aus verschiedenen Antikörpern gebildet wird. Es werden also unterschiedliche B-Lymphozyten zur Klonbildung und damit Vermehrung aktiviert.
Monoklonale Antikörper sind im Gegensatz zu herkömmlichen Seren hochspezifisch und nur gegen eine einzige antigene Determinante des verwendeten Erregers gerichtet. Sie entstehen sozusagen aus einer B-Zelle. Die Produktion monoklonaler Antikörper erfolgt mit der sogenannten Hybridomtechnik. Dabei erfolgt eine Zellverschmelzung zwischen dem Antikörper produzierenden Lymphozyten und langlebigen teilungsaktiven Tumorzellen. Die entstehenden Hybridzellen zeichnen sich sowohl durch die Antikörperbildung als auch durch eine unbegrenzte Teilungsfähigkeit aus.
Der Einsatz menschlicher monoklonaler Antikörper in der Therapie von akuten Infektionskrankheiten, für die noch keine wirksamen Antibiotika oder Chemotherapeutika existieren (z. B. Malaria), könnte die Pharmakologie revolutionieren. Perspektivisch wird der Einsatz monoklonaler Antikörper auch die Tumordiagnostik bereichern, um über veränderte spezifische Oberflächenmarker diese entarteten Zellen nachzuweisen.
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.
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Immunsystem des Menschen
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:
| 1. | 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. |
| 2. | 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. |
| 3. | 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.) |
| 4. | 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. |
| 5. | 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. |
| 6. | 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.
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Herstellung monoklonaler Antikörper am Beispiel von Mäusen
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.
