到实验室之前,抗体经历了什么?

2024-07-16 08:02   新加坡  
抗体是实验室中比较常用的一类试剂,并且通常价格昂贵,那么,实验室的抗体在我们使用之前,到底经历了什么?我们一起来探讨一下

抗体是现代生物医学研究中的重要工具,广泛应用于各种实验和分析方法中,如Western blot、ELISA、免疫荧光、流式细胞术等。然而,这些用于实验的抗体在到达科研工作者手中之前,需要经历一系列复杂且严格的制备、纯化、验证和分销过程。以下是抗体从实验室制备到科研人员手中的详细过程。

(一)抗体的制备

抗体的制备主要分为多克隆抗体和单克隆抗体两类。


   多克隆抗体(Polyclonal Antibodies)制备过程详解

  1. 抗原制备

  • 选择目标蛋白或肽段作为抗原。抗原可以是全蛋白、蛋白的特定片段(肽段)或修饰过的蛋白。

  • 如果是肽段,需要确保其具有良好的免疫原性。通常会选择抗原蛋白中最具免疫反应性的区域进行合成,并与载体蛋白(如KLH,Keyhole Limpet Hemocyanin)偶联以增强免疫反应。

什么是载体蛋白

载体蛋白是一类具有较强免疫原性的蛋白质,通常分子量较大,能够增强与之偶联的小分子抗原(如肽段)的免疫原性。常用的载体蛋白包括:

  1. Keyhole Limpet Hemocyanin (KLH)

  • 一种来自海洋腹足类动物的铜蓝蛋白,具有极高的免疫原性,广泛用于制备抗体。

  • Bovine Serum Albumin (BSA)

    • 牛血清白蛋白,常用于生物化学实验中的标准蛋白,也是常用的载体蛋白之一。

  • Ovalbumin (OVA)

    • 鸡卵白蛋白,具有良好的免疫原性,广泛用于免疫学研究。

  • Thyroglobulin (TG)

    • 甲状腺球蛋白,分子量大,免疫原性强,也常用作载体蛋白。

    载体蛋白在抗体制备中的作用

    1. 增强免疫原性

    • 小分子抗原(如肽段)本身可能无法引起强烈的免疫反应。将其与大分子的载体蛋白偶联后,能够显著增强其免疫原性,使其更容易被免疫系统识别和处理。

  • 提供多表位展示

    • 载体蛋白具有多个可供抗原偶联的位点,可以展示多个抗原表位,增加B细胞和T细胞的识别机会,从而增强免疫反应。

  • 免疫动物

    • 选用免疫动物(如兔子、山羊、小鼠或大鼠),根据抗体需求选择合适的动物。

    • 制备免疫原(抗原与佐剂混合)。常用的佐剂有弗氏完全佐剂(FCA)和弗氏不完全佐剂(FIA),前者用于初次免疫,后者用于加强免疫。

    弗氏完全佐剂(Freund's Complete Adjuvant, FCA)和弗氏不完全佐剂(Freund's Incomplete Adjuvant, FIA)是两种常用的免疫佐剂,广泛用于增强抗原的免疫原性,尤其是在抗体制备过程中。以下是关于FCA和FIA的详细信息及其在抗体制备中的应用。

    FCA(弗氏完全佐剂)

    组成与特性

    1. 矿物油:作为佐剂的基础成分,提供抗原的缓释作用。

    2. 非离子表面活性剂(Arlacel A):帮助乳化抗原和矿物油,形成稳定的水包油乳剂。

    3. 干燥的分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis):关键成分,能够强烈激活宿主的免疫系统,增强免疫反应。

    作用机制

    • FCA中的分枝杆菌成分能够刺激巨噬细胞和树突状细胞,增强抗原呈递和T细胞的激活,从而促进强烈的免疫反应。

    • 通过矿物油的缓释作用,抗原能够长时间地持续释放,进一步增强免疫反应的持久性。

    使用方法

    1. 初次免疫:FCA通常用于抗体制备的初次免疫。将抗原与FCA按一定比例混合,乳化形成均匀的水包油乳剂。

    2. 注射:将乳剂注射到实验动物(如兔子、小鼠或大鼠)的皮下或肌肉内。注射部位应选择皮肤较松的部位,如背部或腹部。

    注意事项

    • 副作用:由于FCA含有分枝杆菌,注射后可能引起严重的局部炎症反应,甚至形成脓肿。因此,应严格控制注射量和注射频次。

    • 伦理问题:使用FCA时应遵循动物实验伦理准则,尽量减少动物的痛苦和不适。

    FIA(弗氏不完全佐剂)

    组成与特性

    1. 矿物油:与FCA相同,作为佐剂的基础成分,提供抗原的缓释作用。

    2. 非离子表面活性剂(Arlacel A):帮助乳化抗原和矿物油,形成稳定的水包油乳剂。

    3. 不含分枝杆菌:这是FIA与FCA的主要区别,FIA不含分枝杆菌成分,因而引起的炎症反应较轻。

    作用机制

    • FIA通过矿物油的缓释作用,使抗原能够长时间地持续释放,增强免疫反应的持久性。

    • 虽然不含分枝杆菌,但FIA仍能通过其乳化特性促进抗原的有效递送,增强抗体生成。

    使用方法

    1. 加强免疫:FIA通常用于抗体制备的加强免疫。将抗原与FIA按一定比例混合,乳化形成均匀的水包油乳剂。

    2. 注射:将乳剂注射到实验动物的皮下或肌肉内。注射部位与初次免疫相同。

    注意事项

    • 较少副作用:由于不含分枝杆菌,FIA引起的局部炎症反应较轻,适合用于多次加强免疫。

    • 剂量控制:尽管FIA副作用较小,仍需合理控制注射剂量和频次,避免过度免疫引起的不良反应。

    抗体制备中的应用实例

    1. 多克隆抗体制备

    • 初次免疫:将目标抗原与FCA混合,注射到免疫动物体内。

    • 加强免疫:每隔几周将抗原与FIA混合后进行注射,通常进行3-4次加强免疫。

    2. 单克隆抗体制备

    • 初次免疫:将目标抗原与FCA混合,注射到小鼠体内。

    • 加强免疫:使用FIA进行多次加强免疫,以增强小鼠的免疫反应。

    结论

    FCA和FIA在抗体制备过程中起到了重要的佐剂作用,通过增强抗原的免疫原性,帮助获得高效能的抗体。FCA由于其强烈的免疫刺激作用,常用于初次免疫,而FIA由于其较少的副作用,适合用于多次加强免疫。科学家们通过合理使用这两种佐剂,能够有效地提升抗体制备的成功率和抗体质量。

    • 将免疫原注射到动物体内。注射部位通常为皮下、肌肉内或腹腔。初次注射后,每隔几周进行加强免疫,共进行3-4次。

  • 采集血清

    • 在最后一次免疫后的特定时间点采集血液(通常是2-4周后)。

    • 血液经过凝固和离心处理,获得上清血清,血清中含有多克隆抗体。

  • 纯化抗体

    • 使用蛋白A或蛋白G亲和层析法纯化抗体。蛋白A/G可以特异性结合抗体的Fc段,将抗体从血清中分离出来。

    • 使用抗原亲和层析进一步纯化,确保抗体的特异性。

    蛋白A和蛋白G是两种细菌来源的蛋白质,广泛用于抗体的纯化和检测。它们能够特异性地与抗体的Fc区域结合,因此在抗体的纯化过程中发挥重要作用。以下是关于蛋白A和蛋白G的详细信息及其在抗体纯化中的应用:

    蛋白A(Protein A)

    1. 来源

    • 蛋白A最初从金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)中分离出来。它是一种表面蛋白,能够与多种哺乳动物的IgG抗体结合。

  • 结合特性

    • 蛋白A主要与IgG的Fc区域结合,对人类、兔子、猪、狗和猫等物种的IgG有较高的亲和力。

    • 对于不同种属的IgG亚型,蛋白A的结合亲和力有所不同。它对人类IgG1、IgG2和IgG4有较高亲和力,但对IgG3的亲和力较低。

    蛋白G(Protein G)

    1. 来源

    • 蛋白G来源于链球菌(如Streptococcus),也是一种能够结合抗体Fc区域的细菌蛋白。

  • 结合特性

    • 蛋白G能够与更广泛的哺乳动物IgG结合,包括人、小鼠、兔、牛、绵羊和山羊等。

    • 蛋白G对所有人类IgG亚型(IgG1、IgG2、IgG3和IgG4)具有高亲和力,对小鼠IgG1也有较好的结合能力。

    2.单克隆抗体(Monoclonal Antibodies)制备过程详解

    1. 抗原制备

    • 同多克隆抗体的抗原制备过程,选择合适的目标蛋白或肽段,并与载体蛋白偶联(如有必要)。

  • 免疫小鼠

    • 小鼠通常是选用BALB/c品系。

    • 将抗原注射到小鼠体内,初次免疫后进行多次加强免疫,间隔时间为2-3周。

    • 在最后一次免疫后3天,采集小鼠脾脏中的B细胞。

    BALB/c 小鼠的基本信息

    1. 品系起源

    • BALB/c 是一个常用的实验小鼠品系,起源于20世纪20年代,由C.C. Little培育而成。经过多代近交(至少20代),其基因组高度一致,具有良好的实验重现性。

  • 遗传特性

    • BALB/c 小鼠是一个近交系,具有稳定的遗传背景。其毛色为白色(albino),常被称为“白化小鼠”。

  • 免疫特性

    • BALB/c 小鼠以其强烈的Th2型免疫反应而闻名,这使其在抗体生成和过敏反应研究中非常有用。

    BALB/c 小鼠在抗体制备中的作用

    1. 免疫原性强

    • BALB/c 小鼠对抗原的免疫反应非常强烈,尤其是在产生高滴度的抗体方面表现出色。这使得它们非常适合用于单克隆抗体的制备。

  • 易于管理

    • 由于其温顺的性格和易于饲养的特点,BALB/c 小鼠在实验室环境中易于管理和操作。


  • 融合细胞制备

    • 将脾脏B细胞与骨髓瘤细胞(如SP2/0或NS-1)混合,加入聚乙二醇(PEG)促进细胞融合。

    • 细胞融合后,将细胞转移到选择性培养基(HAT培养基)中培养。HAT培养基能够选择性地杀死未融合的骨髓瘤细胞,而融合细胞(杂交瘤细胞)则能够存活。

  • 筛选杂交瘤细胞

    • 通过ELISA、流式细胞术或免疫荧光等方法筛选出能够产生特异性抗体的杂交瘤细胞。

    • 每个孔中的细胞群体来源于单个杂交瘤细胞,因此每个孔中的抗体是单克隆的。

  • 克隆化

    • 对筛选出的杂交瘤细胞进行单克隆化,常用的方法包括有限稀释法或软琼脂克隆化。

    • 确保每个克隆仅来源于一个细胞,进一步验证其抗体的特异性和效能。

  • 抗体生产与纯化

    • 将筛选出的单克隆细胞系进行扩增培养,通常使用细胞培养瓶或生物反应器。

    • 收集培养上清液,通过亲和层析法纯化抗体。蛋白A/G亲和层析常用于初步纯化,抗原亲和层析用于进一步纯化。


    3.最终处理

    • 标签与标记

      • 根据实验需要,抗体可以进行标记。例如,用荧光染料(如FITC、PE)、酶(如HRP、AP)或生物素标记




      (二) 抗体的验证与质量控制


      在制备过程中,每批抗体都需要经过严格的验证与质量控制,确保其特异性、效能和纯度。

      a. 特异性验证:通过Western blot、ELISA、免疫组织化学(IHC)等方法验证抗体是否能特异性识别目标抗原。

      b. 效能验证:评估抗体在不同实验中的表现,如Western blot中的条带清晰度、ELISA中的检测灵敏度等。

      c. 纯度检测:使用SDS-PAGE和质谱分析检测抗体的纯度,确保去除非特异性蛋白质和其他杂质。


    (三) 抗体的分装与储存

    经过验证和质量控制的抗体会进行分装和标签,确保每一管抗体都附有详细的使用说明和批次信息。抗体通常以冻干粉或溶液形式储存,并根据其特性保存在适当的温度条件下(如-20°C或4°C)。

    (四)抗体的分销与运输

    制备好的抗体通过专业的生物制品供应商分销到全球各地的科研机构。这些供应商通常有完善的物流系统,确保抗体在运输过程中保持低温和稳定状态。运输过程包括:

    a. 包装:使用干冰或冷冻胶袋包装抗体,确保在运输过程中温度保持在所需范围内。

    b. 快递运输:选择有经验的生物制品物流公司进行快递运输,确保抗体快速送达。

    c. 海关清关:对于国际运输,供应商需处理海关清关手续,确保抗体顺利进入目的国家。

    (五) 抗体的接收与使用

    科研人员在收到抗体后,通常会根据产品说明书进行抗体的复溶和储存。

    从实验室到科研工作者手中,抗体经历了精心的制备、严格的验证、周密的分装和安全的运输。这一系列步骤确保了抗体的高质量和高效能,使其能够在各种生物医学研究中发挥关键作用。通过科学家们的努力和供应商的专业服务,科研工作者能够获得可靠的实验试剂,推动科学研究的进展。

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