У раковой клетки есть одна неприятная особенность – при возникновении заболевания организм не считает ее чужой и поэтому не включает иммунный ответ. Идея состояла в следующем: пометить раковые клетки антителами, чтобы они начали восприниматься как чужеродные и "включали" защитную реакцию организма, которая их уничтожит, как уничтожает ежедневно сотни инфекционных агентов. Красиво, правда? А как вам идея снять розовые очки с клеток иммунной системы и позволить им увидеть чужого среди своих?

В этих случаях практически нет побочных эффектов, поскольку организм самостоятельно справляется с раком и нет никакой необходимости в ковровых бомбардировках химическими препаратами. Оставалось только найти антитела, которые избирательно сцепятся с раковыми клетками и вызовут иммунный ответ.

Сыворотки, начало разработки которых положил Беринг, называются поликлональными - в них миллионы разных антител, некоторые из которых побеждают болезнь. У таких сывороток есть два существенных недостатка: содержание отдельных антител в поликлональном препарате может варьироваться от одной партии к другой и поликлональные антитела нет возможности применять, если необходимо различить две похожие мишени, то есть они не специфичны. В организме животных каждая из клеток B-лимфоцитов продуцирует антитела только одного вида (является мини-фабрикой по их производству, плавающей в крови). Поэтому задача состоит в том, чтобы выделить антитела, продуцируемые потомками одной клетки. В этом случае мы получим абсолютно идентичные молекулы, называемые моноклональными.

Существует несколько тысяч молекулярных разновидностей рака. Создать и производить тысячи различных моноклональных антител в настоящее время не представляется возможным (за последние 20 лет в мире создано и производится лишь несколько десятков терапевтических антител). А значит, необходимо создавать антитела с наиболее универсальным механизмом действия, эффективно воздействующие на широкий круг заболеваний, но минимально затрагивающие здоровые клетки организма. Поэтому процесс разработки антител начинается с выбора мишеней на раковых клетках или клетках иммунной системы (в случае ультрасовременных иммуноонкологических препаратов) и желаемого механизма их действия. Нам нужно определить, с какими именно видами рака мы будем бороться. После старта проекта по разработке препарата библиотеки антител селектируют (фильтруют) на выбранных мишенях, оставляя миллионы способных присоединяться к мишени белков. Далее из миллионов оставшихся в постселекционной библиотеке антител поштучно анализируют десятки тысяч, отбирая лишь несколько лучших кандидатов на роль терапевтических агентов.

Выглядит поиск молекулы-кандидата так: антитела нарабатывают в бактериальных клетках (используемых в роли мини-фабрик в лабораториях), полученную культуральную жидкость разливают в 96-луночные пластиковые прозрачные планшеты с предварительно закрепленными в лунках молекулами мишени (или клетками-мишенями). После череды реакций в некоторых лунках происходит цветовая реакция. Это значит, что в них обнаружились антитела нужной специфичности, то есть они связывались с мишенью. Антитела из таких лунок многократно нарабатываются и подвергаются дальнейшим тестам. Процесс идет до тех пор, пока антитела не пройдут все необходимые испытания, в ходе которых их отбирают по силе связывания с мишенью, по специфичности (по отсутствию связывания с ненужными мишенями), по способности выполнять необходимые функции и так далее. Так мы получили молекулы – кандидаты на роль терапевтических моноклональных антител. Весь цикл поиска нужных кандидатов занимает несколько месяцев в зависимости от сложности мишени.

Итак, мы получили нужные молекулы-кандидаты. Теперь необходимо расшифровать их структуру, определить стабильность молекул и оценить технологичность их производства в культурах клеток млекопитающих. Если полученные антитела не удовлетворяют требованиям, создаются их компьютерные модели, и сложная самообучающаяся система предсказывает пути их возможного улучшения. На основе этих вычислительных предсказаний по улучшению кандидатов синтезируются de novo синтетические библиотеки оптимизированных антител, и цикл отбора повторяется.

Когда антитела, наконец, удовлетворяют самым строгим требованиям, их гены внедряют в клетки-продуценты (обычно используют культуру клеток из яичника китайского хомячка). Каждая клетка получает способность производить лишь один вид антител. Далее каждую из клеток, ставших таким образом биофабрикой по производству моноклональных антител, помещают в отдельные луночки объемом 2 мл и отбирают ту, которая способна производить максимальное количество. В луночках объемом 2 мл можно наработать несколько микрограммов антител. А для производства препарата для мировых масштабов нам нужны килограммы. Поэтому начинается процесс масштабирования – поэтапного доведения объемов культуры до нескольких тонн без потери продуктивности. Кроме того, при разработке антител всегда проводится обязательная проверка их безопасности и эффективности на животных и в клинических испытаниях.

Для того чтобы иметь возможность произвести антитела в тонном биореакторе, мировая наука прошла длинный и тернистый путь, преодолевая препятствия, заложенные природой. В природе, напомним, антитела производятся лимфоцитами. Лимфоциты делятся ограниченное число раз. Леонард Хайфлик доказал, что после примерно 50 делений клетки умирают, не оставляя потомства, исчерпывая потенциал деления хромосом. Тупик. Нам нужно очень много потомков одной клетки для наработки промышленно значимых количеств антител, а почти все клетки прекращают делиться, достигая предела Хайфлика. Стоп, что значит "почти"? Раковые, половые и стволовые клетки не имеют предела Хайфлика, они делятся до бесконечности.

Первые моноклональные антитела были получены из клеток лимфоцитов мышей, иммунизированных (привитых) белком-мишенью. Однако мышиные антитела плохо подходят для использования в клинической практике - они вызывают иммунный ответ человеческого организма и быстро выводятся, не успевая добраться до мишени. Поэтому на помощь ученым пришла генная инженерия. Необходимо было заменить части ДНК животного частями ДНК человека так, чтобы клетка вырабатывала антитела не животного, а человека. О как! Нужно было вмешаться в промысел божий и создать новую (рекомбинантную) молекулу, а кроме того научиться размножать клетки млекопитающих в культуре.

Для того чтобы модифицировать ген, его нужно разрезать в нужном месте и вшить в него новую последовательность нуклеотидов. В каком месте резать, мы знаем благодаря работам Сенгера, про которого уже рассказали. Что вставлять, тоже понятно, поскольку геном человека расшифрован. Осталось выполнить это технически. Если все части антител заменяются на человеческие, то получаются гуманизированные антитела, а если только небольшие кусочки, то химерные.

Теперь мы умеем заменить гены, отвечающие за синтез антител животного, на подобные гены человека. Успехи в понимании работы различных участков ДНК и гигантский скачек в математическом моделировании позволяют улучшать антитела. Допустим, антитела отлично сцепляются с клеткой-мишенью, но недостаточно стабильны. Нет проблем, компьютерным моделированием можно вычислить подобную молекулу, которая будет не только лучше сцепляться, но и станет стабильнее прототипа. Осталось чуть-чуть - синтезировать нужные последовательности.

Вот теперь у нас есть все. Мы можем синтезировать нужные нам гены человека, можем вставлять их в клетки животных, можем получать бесконечно делящиеся в биореакторах клетки млекопитающих и нарабатывать нужное количество антител с точно определенными свойствами. Однако, не успев развиться, гибридомная технология успела устареть. Современные методы создания белков выглядят так: полученный в пробирке ген имплантируется в бесконечно делящуюся клетку млекопитающих.

Клетки клонируются в маленьких лунках объемом в 2 мл, потом содержимое переливается в колбочки, потом в реакторы. Клетки делятся в растворе очень сложного состава: 200 компонентов, несколько газов, строго поддерживаемая температура, абсолютная стерильность, контролируемое перемешивание.

Клетки клонируются и клонируются до объемов в одну тонну. После этого из раствора удаляются клетки-производители, специальными осмотическими фильтрами раствор, в котором производилось клонирование, заменяется физраствором, производятся сложные очистки готового белка. Конечный продукт - это двести килограмм сыворотки моноклональных антител, которые разливаются по шприцам. 200 килограмм - это годовая потребность России в таком препарате.

На основе моноклональных антител делают несколько классов медицинских препаратов. Во-первых - для лечения рака. Мы можем пометить раковую клетку антителом и организм убьет ее иммунным ответом. Во-вторых, мы можем соединить антитела с радиоактивным компонентом, получив метод высокоточной диагностики (мы помним, что полученные антитела очень специфичны и доставят метку только к "своей" раковой клетке). А можем и убить клетку прикрепленным к антителу токсином, не тронув соседние. В третьих, мы можем снять блок распознавания, вырабатываемый раковой клеткой, и тогда такие клетки рака будут распознаваться и уничтожаться иммунной системой. Кроме того, мы можем снизить автоиммунный ответ, блокируя сигнальные молекулы. В этом случае мы получим препараты против псориаза и артрита.