Monoklonale Antikörper
Übersicht
Medizin
Bemerkungen
- Alle derzeit verfügbaren, arzneilich verwendeten monoklonalen Antikörper
müssen intravenös appliziert werden, dennoch eignen sie sich meist für
eine ambulante Therapie.
- Derzeit wichtigste Anwendungs- und Forschungsgebiete monoklonaler Antikörper
sind die Onkologie und die Transplantationsmedizin, aber auch allergische
Erkrankungen und andere Krankheiten, die sich durch spezifische
Antigenstrukturen der betroffenen Zellen auszeichnen, sind Gegenstand
gegenwärtiger Forschung.
Typen
- In der Reihenfolge ihrer Entwicklung unterscheidet man:
Biologie
Definition
- Monoklonale Antikörper
sind Antikörper
identischen Aufbaus, die aus Immunzellen sezerniert werden, welche von einer
einzigen antikörperbildenden Zelle abstammen.
Bemerkungen
Technologie
Herstellung
Herstellung der Primärkultur
- Zunächst werden Mäuse mit dem Antigen "infiziert". Diese
bilden daraufhin B-Lymphozyten,
die spezifisch gegen dieses Antigen gerichtete Antikörper
bilden.
- Man isoliert nun B-Lymphozyten
aus der Milz der Mäuse und fusioniert sie mit murinen Tumorzellen (also
Tumorzellen von Mäusen).
- Die erhaltenen Hybridome sind (wie Tumorzellen) potentiell
unsterblich und produzieren (wie B-Lymphozyten)
Antikörper.
- Im Ansatz befinden sich jedoch zunächst auch noch normale Myelomzellen
und B-Lymphozyten.
Diese trennt man dadurch ab, dass man den Ansatz über eine längere Zeit
mit HAT-Medium inkubiert.
- HAT steht für Hypoxanthin, Aminopterin und Thymidin. Das
HAT-Medium enthält also diese Stoffe, die nun verschiedene Funktionen
wahrnehmen:
- Aminopterin ist ein Analogon der Dihydrofolsäure und hemmt
kompetitiv die Dihydrofolat-Reduktase was nachfolgend die die
Biosynthese von dTMP behindert. dTMP ist nun aber für die
DNA-Synthese essentiell, so die Myelozellen aufgrund des Mangels an
dTMP nicht überleben.
- Die B-Lymphozyten
können den Mangel an dTMP durch einen alternativen Stoffwechselweg
unter Benutzung von Hypoxanthin und Thymidin umgehen,
sterben jedoch aufgrund ihrer begrenzten Lebensdauer innerhalb
weiniger Wochen ab.
- Es verbleiben nun nur noch Hybridome im Ansatz der Primärkultur, da diese
sowohl unsterblich sind, als auch den alternativen Stoffwechselweg
beherrschen.
- Von den erhaltenen Hybridomen produzieren jedoch nur wenige die
gewünschten Antikörper.
- Durch Aufteilung des Ansatzes in viele einzelne Fraktionen, Klonierung der
Zellen der Einzelfraktionen, Auswahl des Ansatzes mit den antikörperproduzierenden Zellen, erneute Aufteilung dieses Ansatzes,
erneutes Klonieren etc. kann man die gewünschten antikörperbildenden
Zellen isolieren und anschließend praktisch unbegrenzt vermehren.
Herstellung monoklonaler Antikörper
im Industriemaßstab
- Die isolierten den gewünschten Antikörper
produzierenden Zellen des Primäransatzes müssen zur Herstellung großer
Mengen monoklonaler Antikörper
ausreichend vermehrt werden. Dazu stehen verschiedene Bioreaktorsysteme zur
Verfügung.
- Rührkesselfermenter
- Rührkesselfermenter können relativ hohe Zelldichten von bis zu 1 ·
107 ml-1 und Antikörperkonzentrationen von 300 -
600 mg·l-1 erreichen.
- In Rührkesselfermentern wird durch eine eingebaute
Perfusionseinrichtung kontinuierlich verbrauchtes Nährmedium durch
neues ersetzt.
- Die Zellen können einige Wochen in einem Rührkesselfermenter
herangezüchtet werden, danach wird der gesamte Ansatz aufgearbeitet und
ein neuer Ansatz hergestellt.
- Airlift-Bioreaktoren
- Airlift-Bioreaktoren mit eingebauter Perfusionseinrichtung erreichen
Zelldichten von 0,5 · 106 ml-1 und
Antikörperkonzentrationen von 100 - 350 mg·l-1.
- Hohlfaser-Bioreaktoren
- Wichtigstes Herstellungsverfahren, das Antikörpermengen von einigen
100 g liefern kann.
- Es lassen sich Zelldichten von 1 · 109 ml-1
erreichen, entsprechend liegen die Antikörperkonzentrationen zwischen
500 - 1000 mg·ml-1.
- Hohlfaser-Bioreaktoren bestehen aus einer relativ kleinen
Kunststoffröhre von bis zu 2 l Volumen, durch die etwa 500 feine
permeable Fasern gezogen sind.
- Meist wachsen die Hybridzellen im Raum zwischen den Fasern und werden
durch Diffusionsprozesse aus den Fasern mit frischem Nährmedium
versorgt.
- Eine Umkehrung mit den Hybridzellen in den Fasern und Nährmedium im
Zwischenraum ist ebenfalls möglich.
- Da in beiden Fällen die Hybridzellen keinen mechanischen Belastungen
durch Strömungen oder Gasblasen ausgesetzt sind, sind die möglichen
Überlebenszeiten der Zellen deutlich länger als bei den anderen
Reaktortypen.
- Die gebildeten Antikörper
werden entweder mit dem Nährstoffstrom kontinuierlich abgeführt oder
verbleiben in den Zellen und werden nach dem "Abschalten" des
Reaktors in konzentrierter Form isoliert.
- Werden die gebildeten Antikörper
kontinuierlich abgeführt, so können bis zu 10 Reaktoren
hintereinandergeschaltet werden, um höhere Konzentrationen zu
erreichen.
- Statt Hohlfasern werden auch flache, von Kapillaren durchzogene
Kammern verwendet.
- Vorteile der Hohlfasertechnik sind die optimale Nährstoffversorgung,
das Erreichen hoher Zelldichten und Antikörperkonzentrationen, sowie
eine leichtere Handhabung des für das Wachstum der Hybridzellen
notwendigen Serums.
- Das benötigte fetale Kälberserum befindet sich im gleichen Raum wie
die Hybridome und kann nicht durch die Poren der Fasern ins Nährmedium
entweichen.
- Dadurch ist der Verbrauch des teuren Serums relativ gering.
- Die Aufreinigung der Antikörper
aus dem reinen Nährmedium ist deutlich einfacher, als die Isolierung
aus dem kompletten zellhaltigen Ansatz.
- Man kann die produzierten Antikörper
durch Fällung mit Ammoniumsulfat, Ionenaustauschchromatographie und vor
allem der Affinitätschromatographie direkt aus dem antikörperhaltigen
Nährmedium gewinnen.
- Nicht mehr verwendet wird die Technik, Antikörpermengen von bis zu
einigen Gramm durch Injektion von Hybridzellen in die Bauchhöhle von
Mäusen herstellen zu lassen.
Rechtliches
- Wie bei allen gentechnisch hergestellten Arzneistoffen ist - gemäß der
Definition des Europäischen Arzneibuchs - auch bei den monoklonalen
Antikörpern der Produktionsprozess integraler Bestandteil der
Produktspezifikation.
- Generika im klassischen Sinn kann es daher nicht geben. Auch wenn das
"Generika-Molekül" genau dem "Original" entspricht,
handelt es sich per dieser Definition um einen anderen Arzneistoff.
- So sind z.B. die in Deutschland derzeit zugelassenen vier
Humaninsulin-Präparate zwar molekular gleich, werden jedoch unter vier
verschiedenen Monografien geführt. Ebenso haben die gegen chronische
Hepatitis eingesetzten Interferone-alfa-2a und -2b, sowie die Interferone
beta-1a und beta-1b jeweils die gleiche Molekülstruktur. beta-1a wird in
CHO-Zellen, beta-1b in E. coli hergestellt.
Beispiele
Substanzen
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