Использование моноклональных гибридом в медицине при лечении онкологических заболеваний

XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Использование моноклональных гибридом в медицине при лечении онкологических заболеваний

Пильник Н.П. 1
1Лицей 214
Селенова Т.В. 1
1Лицей 214
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

В последние десятилетия слово «биотехнология» постоянно встречается на страницах СМИ, в телепередачах, на радио и в Интернете.

Сегодня, говоря о биотехнологиях, мы подразумеваем методы производства нужных человеку материалов и продуктов с использованием живых организмов.

Простейшими примерами биотехнологии являются изготовление из молока кисломолочных продуктов - кефира, творога, сквашивание овощей (капусты, огурцов, помидор и.т.д.), производство домашнего кваса - при помощи культур кисломолочных бактерий. Можно вспомнить и о выпекании дрожжевого хлеба с использованием пекарских дрожжей.

Эти биотехнологии известны человечеству на протяжении многих веков, но сегодня учёные уже используют намного более сложные методики – генную и клеточную инженерию, клонирование и гибридизацию. Одно из перспективных направлений биоинженерии - гибридомная технология, её продукт - уникальные биопрепараты на основе моноклональных антител, которые применяют для диагностических исследований и для терапии вирусных и бактериальных патогенов, опухолевых клеток, гормонов, токсинов, аллергенов.

Актуальность темы: моноклональные антитела (МАТ) стали мощным и новейшим инструментом в научных исследованиях и открыли большие перспективы для создания новых диагностических средств и лечебных препаратов в биологии и медицине.

Цель работы: знакомство с моноклональными антителами (МАТ).

Задачи:

1. Рассмотреть, что такое антитела и антигены;

2. Изучить механизмы взаимодействия антигенов с антителами;

3. Познакомиться с гибридомной технологией и МАТ;

4. Выяснить сферы применения МАТ;

5.Провести анкетирование;

Методы:

  • изучение источников информации в сети Интернет, в учебной литературе;

  • анкетирование;

  • обработка и анализ полученных результатов.

Объект исследования: гибридомная биотехнология.

Предмет исследования: моноклональные антитела (МАТ).

Рабочая гипотеза: моноклональные антитела (МАТ) – перспективное современное направление в диагностике и лечении многих тяжёлых заболеваний, ранее считавшихся неизлечимыми.

Глава 1. Понятие антиген и антитело

1.1 Определение и характерные черты антител

Антитело (иммуноглобулины, Ig) – это белки сыворотки крови человека и теплокровных животных, которые вырабатываются плазматическими клетками (В-лимфоцитами) в ответ на попадание в организм различных антигенов (бактерий, вирусов, белковых токсинов и других патогенов) и специфически взаимодействуют с ними. Антитела могут циркулировать в плазме крови, в лимфе, в тканевой жидкости. И также могут располагаться на поверхности плазматических клеток.

Функции антител:

  • Распознавание чужеродного материала (антигена) – способность отличать один антиген от другого.

  • Связывание антигена – по принципу «ключ – замок» (П.Эрлих)

  • Запуск механизма уничтожения антигена (смотри ниже).

Свойства антител:

  • Специфичность – для каждого антигена формируются соответствующие ему специализировавшиеся плазматические клетки, вырабатывающие специфичные антитела для этого антигена.

  • Гетерогенность – многообразие антител.

  • 1.2 Определение и характерные черты антигенов

Антиген – любое вещество, которое организм воспринимает как чужеродное или потенциально опасное, против которого начинает вырабатывать собственные антитела (иммунный ответ). Чаще это белки или полисахариды (части бактериальных клеток, вирусов и других микроорганизмов). Антигенными свойствами также обладают бактериальные белковые токсины, некоторые ферменты и другие вещества, которые секретируются бактериями в организм.

Простые вещества также могут вызвать выработку антител, если находятся в комплексе с белком-носителем. Такие вещества называют гаптенами (1923г., К. Ландштейнер). Антигены немикробного происхождения – пыльца, яичный белок, белки трансплантатов тканей и органов и др. Аллергены – это антигены, вызывающие аллергические реакции. Аллерген вызывающий иммунный ответ организма называют иммуногеном. Антигены по отношению к организму могут быть внешние (экзогены), внутренние (эндогены) и аутоантигены (свои клетки, как чужие). Опухолевые антигены бывают сывороточные и мембранные, относятся к внутренним антигенам.

Свойства антигенов:

  • Антигенность – способность активировать иммунную систему

  • Иммуногенность – способность вызывать специфический ответ (продукция антител)

  • Специфичность – способность вызывать иммунный ответ к строго определённому эпитопу.

  • Глава 2. Принципы взаимодействия антитела и антигена

  • 2.1. Связывание антитела с антигеном

В 1888 году Эмиль Ру и Александр Йерсен дали формулировку антигенам и антителам

Каждое антитело распознаёт уникальный участок антигена – эпитоп, образуя поверхность точно соответствующую (комплементарную) эпитопу антигена. Один антиген может содержать более 20 эпитопов. Часть антитела, распознающая эпитоп антигена называется – паратоп.

Эта связь осуществляется за счёт слабых взаимодействий (водородные связи, электростатические взаимодействия и др.) и отличается неустойчивостью. Формируется иммунный комплекс, который может легко распадаться на антигены и антитела. Чем больше связей между эпитопом и паратопом, тем более устойчив иммунный комплекс.

2.2. Уничтожение антигена антителом

Антитела способны самостоятельно нейтрализовывать некоторые связанные антигены (агглютинация – антитела склеивают чужеродные белки в «комки» и преципитация – растворимые антигены из плазмы крови вместе с антителами выпадают в осадок).А также могут привлекать другие компоненты иммунной системы, маркируя молекулы антигена и обозначая его как мишень (антитела представляют антиген клеткам иммунной системы - макрофагам, Т-лимфоцитам-киллерам и др.).

Глава 3. Гибридомная технология и МАТ

3.1. История создания гибридом

К середине XX века в науке появились сведения об иммунологической памяти и иммунологической толерантности. В 1948 году Астрид Фагреус доказала, что источником антител являются активированные В-лимфоциты (плазматические клетки). И в 1957 году Френк Бёрнет сформулировал клонально-селекционную теорию. Согласно ей, на мембране антитело-продуцирующих клеток в виде рецепторов располагаются предшественники антител, причём одной и той же специфичности. Попадая в организм, антиген распознаётся специфическим рецептором на поверхности антитело-продуцирующей клетки, которая начинает очень интенсивно делиться, образуя клон из фактически одинаковых клеток (принцип «клональности»). После созревания клетки-клоны начинают вырабатывать антитела, сходные по структуре с рецептором на поверхности клетки-родоначальницы клона. В организме образуется не один такой клон — происходит постоянный отбор наиболее «успешных» клонов, повышается специфичность вырабатываемых антител (принцип «селекции»). Но такие клоны не могут жить вне организма.

В 1975 году учёные Г.Кёлер и Ц.Мильштейн разработали методику получения клеточных гибридов – гибридом. Мышей интенсивно иммунизировали определённым антигеном и, когда в их крови появлялись антитела, у них удаляли селезёнку, из которой готовили взвесь клеток (с большим содержанием В-лимфоцитов). Затем эти нормальные антитело-продуцирующие клетки скрещивали с клетками плазмоцитомы (опухолевыми клетками). В результате, получили гибрид (гибридому), путём создания сложной гибридомной технологии - специальной схемы с отбором клеток в особенной питательной среде (в «пробирке»), с помощью которой можно было выделять желаемый клон клеток.

Гибридомы способны непрерывно расти в культуре и продуцировать антитела. Выбранные гибридомы затем культивировали и отбирали (1-2 раза) для получения большого количества антител только одной нужной специфичности, не содержащих посторонних антител. Таким образом получили моноклональные антитела, которые могут рассматриваться как чистый химический агент. В последние годы гибридомы размножают не в мышах, а в аппаратах, приспособленных для выращивания культур клеток.

Разработка технологии получения гибридом имела революционное значение в иммунологии, молекулярной биологии и медицине и позволила создать совершенно новые

Научные направления. Благодаря гибридомам возникли новые методы диагностики новых заболеваний и открылись новые пути для изучения злокачественных опухолей и многих других заболеваний.

В 1984 году Г.Кёлер и Ц.Мильштейн стали лауреатами Нобелевской премии. В 1998 году Г.И. Абелевым также опубликована схема получения моноклональных антител.

3.2. Понятие моноклональных антител

Моноклональные антитела – это антитела, вырабатываемые одним клоном клеток. Их продуценты – клетки-гибридомы, являющиеся потомками, полученными при скрещивании В-лимфоцита (плазматической клетки) с опухолевой клеткой. От плазматической клетки гибридома наследует способность к синтезу антител, а от опухолевой клетки – способность длительно культивироваться вне организма («бессмертие»). В ходе дальнейшей селекции были отобраны клоны с наивысшей продуктивностью и специфичностью антител. Название всех моноклональных антител оканчиваются на «-mab» (от monoclonalantibody).

3.3. Виды моноклональных антител

Мышиные антитела. Если антитело получено от мыши к названию добавляется буква «о», и окончание таких антител «-omab».

Химерные антитела – в структуре имеют более 65% иммуноглобулина человека и мышиную часть. Получили окончание «-ximab».

Гуманизированные антитела – состоят на 95% из иммуноглобулина человека и мышиной части. Имеют окончание «-zumab».

Полностью человеческие антитела – такие антитела обладают самой низкой иммуногенностью при введении человеку (самое малое количество побочных эффектов). Окончание «-umab».

Например, trastuzumab, который применяется при раке молочной железы, является гумманизированным МАТ; rituximab, используется в лечении рака крови (лимфом) – химерное МАТ.

Производство МАТ является быстро развивающимся сегментом фармацевтической индустрии, составляющим третью часть всех биотехнологических продуктов.

Глава 4. Сферы применения МАТ

4.1. Применение МАТ в диагностике

МАТ в силу свой высокой специфичности оказались исключительно удобным и широко применяемым в настоящее время диагностическим средством. С их помощью определяют маркеры клеточных популяций, опухолевые маркеры, гормоны, химические вещества, любые молекулы обладающие антигенностью.

Именно применение МАТ в диагностике позволило значительно увеличить специфичность и чувствительность тест-систем, основанных на реакции «антиген+антитело», например определение групп крови, использование в тестах на беременность. Благодаря МАТ простыми в использовании стали такие методы диагностики, как иммуноферментный анализ, реакция иммунофлуоресценции, методы проточной цитометрии, иммунохроматографии, радиоиммунный анализ. Например с помощью имуунноферментного анализа появилась возможность обнаруживать в крови и других биологических жидкостях опухолеспецифические или опухолеассоциированные маркеры при злокачественных образованиях. С помощью имунофенотипирования можно определить тип острого лейкоза, стадию лимфоидных опухолей, оценить ответ организма на лечение, установить возникновение рецидива (повторного развития злокачественного заболевания) или констатировать прогрессирование опухоли.

4.2. Применение МАТ в лечении заболеваний

Способ лечения заболеваний препаратами на основе МАТ уникален. Такие препараты нацелены на определённый антиген. Поэтому они так эффективны в таргетной (или «молекулярно прицельной») терапии, когда мы действуем на определённую молекулу, от которой зависит развитие болезни. Такое направление в медицине получило название иммунотерапия.

Для многих заболеваний уже определены патологические антигены, что позволило создать к ним соответствующие МАТ и разработать лекарственные препараты. Само по себе антитело не является универсальным, его разрабатывают под конкретную молекулу определённого онкологического заболевания. То есть, для каждого МАТ есть своя болезнь.

С 2018 года применение таких препаратов разрешено в России. Стало возможно не симптоматическое, а патогенетическое лечение таких заболеванийкак: ревматоидный артрит, псориаз, системная красная волчанка, рассеянный склероз, реакция отторжения

трансплантата и т.д.

Значительные результаты достигнуты и в лечении онкологических заболеваний (рак молочной железы, рак желудка, рак толстой кишки, рак почки, рак яичника, рак лёгкого, рак

головного мозга и т.д.), особенно в онкогематологии, в том числе и у детей (лейкозы и лимфомы). До сих пор механизмы некоторых онкозаболеваний остаются не изученными. По мере открытия антигенов, расширяется арсенал лечения рака.

За последние 15 лет утверждено более 40 терапевтических МАТ. Использование мат в качестве лечебных агентов стало в медицине стратегическим этапом. Сменилась концепция лечения от неспецифической (традиционной) к специфической (прицельной или таргетной терапии).

Глава 5. Онкология: лечение и профилактика

5.1 Характеристика онкологических заболеваний

Онкология - раздел медицины, изучающий доброкачественные и злокачественные опухоли, причины их возникновения и способы их лечения.

Существует огромное количество различных раковых заболеваний, так как в любом органе человека может развиться рак. Например, существует рак внутренних органов, рак костей, рак кожи и рак крови. Случаи раковых заболеваний растут с каждым годом. Кто - то считает, что рост раковых заболеваний связан с развитием цивилизации (увеличение количества заводов и фабрик), а кто-то, что рост связан с новыми методами диагностики.

5.2 Способы лечения онкологии

Ещё несколько лет назад диагноз «рак» зачастую звучал как приговор. Но онкология, как и любая сфера медицины, не стоит на месте. Классическая триада лечения онкологических заболеваний — хирургия, химиотерапия и лучевая терапия. Но уже сегодня процесс лечения онкологии дополнился новыми методиками.

Хирургия - удаление опухолевых тканей и поражённых близлежащих лимфотических узлов.

Химиотерапия - лечения опухолевых заболеваний с помощью препаратов, содержащих токсин, убивающий опухолевые клетки.

Лучевая терапия - применяется ионизирующее излучение, которое уничтожает быстро делящиеся клетки. 

Новейшим способом леченияопухолевых заболеваний является терапия моноклональными антителами. У таких препаратов всегда есть конкретная цель — специфическая молекула, которая образуется в раковых клетках и нужна для роста, выживания опухоли, которую и должны уничтожить данные препараты.

5.3 Меры профилактики онкологических заболеваний

  1. Не курить и не употреблять алкоголь.

  2. Не загорать (ультрафиолетовое излучение приводит к подавлению иммунной системы), что приводит к появлению новых раковых заболеваний.

  3. Следить за своим весом и питанием.

  4. Вести здоровый образ жизни (заниматься активной деятельностью).

  5. Принимать профилактические препараты и проходить ежегодные обследования.

Изучив информацию о моноклональных антителах и способах лечения ими онкологических заболеваний, мы провели опрос среди взрослых людей в возрасте от 25 до 65 лет. Целью исследования было выяснить насколько общество осведомлено об онкологических заболеваниях. С результатами опроса можно ознакомиться в приложении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате данной работы мы рассмотрели применение биотехнологий в медицине на примере моноклональных антител, изучили понятие антиген и антитело, познакомились с технологией гибридизации, как методом получения моноклональных антител. Узнали характеристики моноклональных антител и возможности их использования в медицине для диагностики и лечения различных заболеваний, в частности онкологии. Познакомились с созданием препаратов на основе моноклональных антител методом генной инженерии. Провели опрос среди учителей нашей школы для выявления их осведомлённости о раковых заболеваниях и методах их лечения. Разъяснили значимость терапии онкологических заболеваний моноклональными антителами и перспективы развития таргетной (направленной) иммунотерапиив будущем.

В конце 2000-х годов произошёл настоящий прорыв в лечении рака - мир узнал о МАТ. Тогда их начали использовать всего для нескольких онкозаболеваний, а уже сегодня терапия моноклональными антителами доступна практически для всех видов рака. С 2018 года препараты используются в России с большой эффективностью. В будующем прогнозируется развитие иммунотерапии препаратами полученными в результате современных биотехнологий (генной инженерии).

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1. Антитела. Методы: Кн.1: Пер. с англ./Под ред. Д. Кэтти. - М.: Мир, 1991. -287 с., ил. 115-130 стр.

  2. Иммунология. В 3-хТ. Т.3. Пер. с англ./ Под ред. У.Пола. - М.:, 1987-1989. -360с., ил. 47-267 стр.

  3. Журнал «Клиническая онкогематология. 2016; 9(3) 237-44, Ю.И. Будчанов «Моноклональные антитела: от создания до клинического применения» https://cyberleninka.ru/article/n/monoklonalnye-antitela-ot-sozdaniya-do-klinicheskogo-primeneniya/viewer

  4. Российский биотерапевтический журнал 2009 год Чмутин Е.Ф., Иванов П.К, Гриневич А.С. «Разработка терапевтических моноклональных антител для онкологии: достижения и перспективы. https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-terapevticheskih-monoklonalnyh-antitel-dlya-onkologii-dostizheniya-i-perspektivy/viewer

  5. Промежуточные результаты российского регистра применения моноклональных антител к В-лимфоцитам (препарат Ритуксимаб) при ревматоидном артрите / Лукина Г.В., Сигидин Я.А., Насонов Е.Л. // Рмж.=2008. - Т. 16 № 24. - с.1596-1601

  6. Качество жизни больных ювенильным артритом в условиях лечения химерными моноклональными антителами к фноа / Денисова Р.В., Алексеева Е.И., Альбицкий В.Ю., Винярская И.В., Валиева С. // Вопросы современной педиатрии. = 2009. - Т. 8 №3. - с. 18-26

  7. https://biomolecula.ru/articles/kratkaia-istoriia-otkrytiia-i-primeneniia-antitel (Интернет источник)

  8. ПРИЛОЖЕНИЕ

Вопросы для исследования

  1. Какие онкологические заболевания вы знаете? (См. диаграмму №1)

  1. Какие способы лечения онкологических заболеваний вы знаете? (См. Диаграмму №2)

  1. Какие меры профилактики онкологических заболеваний вы знаете? (См. диаграмму №3)

  1. Диагноз рак – это приговор? (См. Диаграмму №4)

А) Да

Б) Нет

  1. Знаете ли вы, что такое моноклональные антитела? (См. диаграмму №5)

А) Да

Б) Нет

Просмотров работы: 81