Abmart開發的超高通量抗體芯片技術研究在國際知名期刊Science Advances上發表
發布時間:2020-06-02         瀏覽人次:         發布人:abmart


2020年3月11日,國際知名期刊Science Advances在線發表了Abmart公司聯合十多家科研機構合作開展的最新研究成果:An Array of 60,000 Antibodies for Proteome-Scale Antibody Generation and Target Discovery。

                                             

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抗體作為一類重要的生物親和試劑,在生命科學研究和醫學相關研究中不可或缺。在高通量核酸測序技術的強大測序能力的推動下,目前已有大量物種的基因組被完全測序。針對這些物種,需要大量的抗體來推動后續研究。但常規抗體制備技術費時,費力且耗費不菲,一般一次只能制備一種抗體,無法滿足在較短的時間內獲得大量抗體的迫切需求。針對上述需求,本文作者研究開發了一款包含62,208種單克隆抗體的超高通量抗體芯片,并利用抗體的多特異性(multi-specificity)去發現和尋找新抗體。該芯片被成功驗證可用于快速蛋白抗體制備、蛋白質組水平的抗體組制備、表型相關蛋白質篩選以及腫瘤藥物靶向蛋白的發現等多種不同目的應用。這些單克隆抗體的免疫原來自400+類物種的3,000+種蛋白質的15,000+個線性表位,通過上萬只小鼠的免疫、骨髓瘤細胞融合和篩選,最終形成了一個具有高度多樣性,包含62,208種單克隆抗體的超大容量抗體庫(圖一)。

    1. PETAL抗體庫的構建過程

 

  實驗中研究人員為了證明抗體芯片的廣泛應用性,首先用81個人與大腸桿菌隨機來源的蛋白對PETAL芯片進行了篩選,證明了PETAL可以在較短的時間內(1-2周)以至少20%的成功率獲得隨機蛋白的高親和力識別抗體。這也意味著對類似人這樣含1萬種以上蛋白的蛋白質組,PETAL有可能實現幾千種蛋白的識別覆蓋。為驗證PETAL在蛋白組抗體開發上的可能性,研究人員提取幾種人細胞系的膜蛋白組和核蛋白組,批量地篩選得到了149個膜蛋白單抗和55個核蛋白單抗,隨后對這些抗體進行了嚴格的特異性評估并且證明篩選得到的單抗可適用于IF、ChIP-seq等多種應用(圖2)。同時,研究人員也已經在超過10個物種(涵蓋了病毒、細菌、真菌、植物、動物)上成功驗證了PETAL可用于批量開發這些物種特異的應用抗體,因而PETAL有望為目前缺少抗體研究工具的多個物種提供一個批量抗體開發的解決方案。

2. 規?;贵w組的制備和抗體質量評估

 

PETAL在蛋白組抗體開發應用上成功也進而指出了PETAL可應用于物種表型/功能相關的蛋白與抗體發現,通過比較特定表型與對照之間的芯片信號差異以獲得抗體,并采用相同的方法鑒定抗原。研究人員以“玉米籽粒發育”和“斑馬魚心臟再生”為代表成功地鑒定了19個與玉米發育相關的蛋白質,以及6個與斑馬魚心臟損傷相關(圖3)的蛋白質。這種技術的優勢在于可在鑒定到關鍵蛋白的同時獲得高質量的單克隆抗體,用以后續的驗證和功能實驗。

3. PETAL應用于發現斑馬魚心臟再生相關的特異表達蛋白

 

最后,研究人員利用該抗體芯片技術,證明了PETAL技術在腫瘤治療標靶發現和抗體先導藥物研究中具有重大的應用潛力。研究人員應用PETAL芯片對肺癌組織和癌旁組織的膜蛋白進行差異篩選,通過對所獲得的腫瘤組織特異表達陽性抗體進行腫瘤細胞內吞和毒性實驗等功能驗證,最終獲得4個具有腫瘤特異殺傷作用的抗體,并鑒定了其靶標蛋白。其中,針對人腫瘤標志物CD44v9的單抗Pb44707(AMT707)進行了細胞水平和小鼠模型等多層面的腫瘤抑制驗證,發現該抗體具有較好的抗腫瘤藥物潛力(圖4)。

4.特異識別CD44v9的抗體AMT707在藥物偶聯后具有良好的腫瘤生長抑制作用

 

綜上所述,該研究所開發的超高通量抗體芯片及所建立的方法在概念是一種突破,充分地利用了抗體的多特異性來發現新的抗體,以前雖有零星的相關研究,但只有本研究第一次提供了一個可行的實現途徑。論文的作者之一上海交通大學陶生策教授表示:“抗體芯片技術過去一直有相關研究和應用,但之前的抗體芯片一般最多包含有約1000多種抗體,本研究中開發的抗體芯片上包含的抗體數目是其60多倍,使得抗體芯片技術應用的廣度和深度實現了巨大的進步?!?/p>

 

本文的另一位作者,西北大學/Abmart公司王朝暉博士表示:“抗體是生物學和醫學研究中必不可少的工具,如何能夠高效率、低成本的開發抗體一直是抗體開發人員技術追求。通過超大容量抗體芯片技術,他希望能夠讓抗體開發不再成為科研人員的負擔?!蓖瑫r王朝暉博士也提到“近年來,各種形式的抗體藥物成為了醫藥領域的領先熱點。也希望通過抗體芯片技術,在新藥靶點的篩選篩選方面和抗體藥物先導分子的開發中發揮效率優勢?!表椖垦芯繄F隊將開放抗體芯片技術平臺給全球的科研工作者,合作方式如圖5所示。

5. PETAL作為開放資源,提供靈活的合作方式

 

本項研究涵蓋了包括人、小鼠、斑馬魚、棉花、家蠶、玉米、甘蔗、葡萄、桃、蠑螈、家雞、奶牛、銅綠假單胞菌等多個物種的探索性研究和應用,從基礎科學研究到臨床和制藥研究等多方面的研究數據,聯合了包括西北大學、上海艾比瑪特公司、上海交通大學、武漢大學、西南大學、中國科學院、中國農科院、中國農業大學、鄭州果樹所、廣西農科院、華南農業大學、中日友好醫院,以及美國杜克大學等十多家中外研究機構。本研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃以及西北大學特聘教授基金等的資助。

全文鏈接:https://advances.sciencemag.org/content/6/11/eaax2271

全文下載:An array of 60,000 antibodies for proteome-scale.pdf

 

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