Στο άρθρο τους που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature το 1975, οι ανοσολόγοι Georges Kohler και Cesar Milstein περιέγραψαν την παραγωγή μονοκλωνικών αντισωμάτων προκαθορισμένης ειδικότητας. Τα αντισώματα αυτά είχαν παραχθεί από μία κυτταρική σειρά που είχε δημιουργηθεί από τη σύζευξη ενός ανοσιακού κυττάρου με ένα νεοπλασματικό κύτταρο ειδικό για την παραγωγή αντισωμάτων. Η ανακάλυψη αυτή αποτέλεσε σημείο καμπής σε αυτό το πεδίο της έρευνας.

Τα αντισώματα παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά το 1890 από τον Emil von Behring και τον Shibasaburo Kitasato ως προστατευτικές αντιτοξίνες στο αίμα ζώων που είχαν εκτεθεί στις τοξίνες της διφθερίτιδας και του τετάνου. Έκτοτε, τα αντισώματα έχουν συγκεντρώσει αρκετό ενδιαφέρον από τις έρευνες, κυρίως για το ρόλο τους στην επίκτητη ανοσία, αλλά και για το μεγάλο εύρος ειδικότητας που έχουν το οποίο μπορεί πρακτικά να καλύψει όλες τις χημικές δομές. Το γεγονός αυτό αποτέλεσε εξ’αρχής ένα σημαντικό γενετικό παζλ για τους επιστήμονες. Πώς είναι δυνατόν το περιορισμένο γονιδίωμα του ανθρώπου να κωδικοποιεί ένα φαινομενικά απεριόριστο ρεπερτρότιο ειδικοτήτων για τα αντισώματα; Από την ανακάλυψή τους μέχρι σήμερα, τα αντισώματα χρησιμοποιούνται ευρέως σε μία σειρά θεραπειών, αλλά και ως διαγνωστικά εργαλεία για την παρακολούθηση της πορείας διαφόρων λοιμώξεων.

Ωστόσο, τα αντισώματα που είναι ειδικά για ένα συγκεκριμένο μόριο (το αντιγόνο) αποτελούν συνήθως κομμάτι ενός μείγματος αντισωμάτων τα οποία παράγονται από χιλιάδες κύτταρα του ανσοοποιητικού συστήματος σε ένα πειραματόζωο ή έναν ασθενή που έχει ανοσοποιηθεί. Καθένα από τα κύτταρα αυτά παράγει ένα συγκεκριμένο αντίσωμα, επομένως η «ειδικότητα των αντισωμάτων» αναφέρεται συνήθως στις ιδιότητες του πληθυσμού των αντισωμάτων και όχι σε ένα συγκεκριμένο αντίσωμα. Η αδυναμία να παράξουμε μοριακώς καθορισμένα, ομοιογενή αντισώματα προκαθορισμένης ειδικότητας είχε αποτελέσει για αρκετά χρόνια ένα μεγάλο εμπόδιο που έπρεπε να ξεπεραστεί.

Αυτό άλλαξε εν μία νυκτί μετά τη δημοσίευση του άρθρου των Kohler και Milstein. Ο Kohler είχε γίνει μέλος της ομάδας του Milstein με σκοπό να μελετήσει το σωματικό μηχανισμό που εμπλέκεται στη διαφοροποίηση των αντισωμάτων. Το σχέδιό του ήταν να χρησιμοποιήσει κύτταρα μυελώματος από ποντίκια για την επίτευξη του παραπάνω στόχου. Τα κύτταρα αυτά είναι νεοπλασματικά κύτταρα που προέρχονται από κύτταρα που παράγουν αντισώματα. Ο Michael Potter, ένας ανοσολόγος για τον καρκίνο, είχε δείξει αρκετά χρόνια πριν ότι το μυέλωμα μπορεί να προκληθεί σε ένα συγκεκριμένο είδος ποντικών μέσω της έγχυσης μεταλλικού ελαίου. Η ομάδα του Milstein προσπαθούσε να συνενώσει διάφορα κύτταρα που είχαν προέλθει από διάφορα τέτοια νεοπλάσματα. Ωστόσο, τα αντισώματα του μελώματος δεν ήταν δυνατό να ξεχωριστούν ως προς την ειδικότητά τους. Κατά συνέπεια οι ερευνητές αναρωτήθηκαν αν θα ήταν δυνατό να συνενώσουν κύτταρα που παράγουν αντισώματα από ανοσοποιημένα ποντίκια με κύτταρα μυελώματος με σκοπό να δημιουργήσουν νέα κύτταρα που θα παράγουν ειδικά αντισώματα για το αντιγόνο-στόχος. Η ιδέα για την ανίχνευση των παραπάνω κυττάρων προήλθε από τον Niels Jerne, το διευθυντή του Basel Institute of Immunology στην Ελβετία, όπου ο Kohler είχε κάνει το μεταπτυχιακό του. Σύμφωνα με την απλή αυτή τεχνική, τα κύτταρα που παράγουν αντισώματα ως απόκριση στα κύτταρα SRBC (sheep red blood cells) μπορούν να ανιχνευθούν από τη σχηματισμό μίας πλάκας σε πηκτώματα αγαρόζης.

Αυτό άνοιξε το δρόμο για το πείραμα των Kohler-Milstein. Όταν κύτταρα από τον σπλήνα ποντικών που είχαν ανοσοποιηθεί για τα SRBC ενώθηκαν με κύτταρα μυελώματος, εμφανίστηκαν μεγάλες πλάκες υβριδικών κυττάρων που παράγουν αντι-SRBC αντισώματα. Τα υβριδικά αυτά κύτταρα είχαν αποκτήσει την ικανότητα να εκφράζουν ένα ειδικό τύπο αντι-SRBC αντισώματος από τα κύτταρα του σπλήνα, ενώ ο βαθμός παραγωγής αντισωμάτων ενισχύθηκε από τα κύτταρα του μυελώματος. Τα κύτταρα του μυελώματος και της σπληνός δεν μπορούσαν να πολλαπλασιαστούν στις συνθήκες του πειράματος και τα πρώτα προτιμούσαν να ενωθούν με ενεργοποιημένα κύτταρα της σπληνός, γεγονός στο οποίο αποδόθηκε σε μεγάλο βαθμό η επιτυχία του πειράματος.

Τα υβριδικά αυτά κύτταρα, τα οποία αργότερα ονομάστηκαν υβριδώματα, ήταν δυνατό να κλωνοποιηθούν και να πολλαπλασιαστούν επ’αόριστον με αποτέλεσμα να παράγουν απεριόριστες ποσότητες μονοκλωνικών αντισωμάτων. Η πρώτη γενιά υβριδωμάτων μπορούσε να παράξει δύο είδη αντισωμάτων: το επιθυμητό, καθώς και ένα αντίσωμα αγνώστου ειδκότητας το οποίο προερχόταν από το κομμάτι του μυελώματος. Το πρόβλημα αυτό, ωστόσο, ξεπεράστηκε γρήγορα μέσω απομόνωσης των κυτταρικών γραμμών του μυελώματος που είχαν χάσει την ικανότητα έκφρασης αντισωμάτων.

Μπορούσαμε πλέον να δημιουργήσουμε οποιοδήποτε αντιγόνο, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως ομογενής μοριακή οντότητα. Το 1984, ο Kohler, ο Milstein και ο Potter κέρδισαν το βραβείο Lasker, ενώ το ίδιο έτος ο Kohler, ο Milstein και ο Jerne κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ Ιατρικής.

Η δημοσίευση του άρθρου των Kohler-Milstein έφερε επανάσταση στην έρευνα της ανοσολογίας και οδήγησε σε μία σειρά νέες ανακαλύψεις. Έγινε επίσης σαφές ότι η σταθερή και η μεταβλητή περιοχή των αντισωμάτων κωδικοποιούνται από διαφορετικά τμήματα DNA. Η ποικιλομορφία των αντισωμάτων αποδίδεται στον ανασυνδυασμό των γονιδίων, με μία διαδικασία που λέγεται σωματική υπερμετάλλαξη, κατά τη διάρκεια της ανοσιακής απόκρισης, στην οποία συνδυάζονται μεταξύ τους τα διάφορα τμήματα που κωδικοποιούν τις μεταβλητές περιοχές. Οι μηχανισμοί αυτοί μπορούν να δημιουργήσουν ένα μεγάλο εύρος ειδικότητας αντισωμάτων, καθώς και διαφορετικές τάξεις, ανάλογα με τις μεταβλητές περιοχές του αντισώματος.

Οι πληροφορίες αυτές οδήγησαν σε ραγδαία ανάπτυξη νέων μοριακών και γενετικών εργαλείων που επιτρέπουν την απομόνωση και τροποποίηση των αντισωματικών γονιδίων με διάφορους τρόπους. Σε συνδυασμό με την τεχνολογία του υβριδώματος, οι παραπάνω ανακαλύψεις έθεσαν τη βάση για ένα νέο πεδίο έρευνας, στο οποίο η βασική έρευνα για τη διαφοροποίηση των αντισωμάτων συνοδεύεται από την παραγωγή και τροποποίηση μονοκλωνικών αντισωμάτων για διαγνωστικούς και θεραπευτικούς σκοπούς.

Αρχικά, η παραγωγή μονοκλωνικών αντισωμάτων είχε βασιστεί αποκλειστικά στην τεχνολογία του υβριδώματος και είχε δύο σκοπούς: πρώτον, να εξεταστεί η σωματική εξέλιξη του εύρους των αντισωμάτων και η μοριακή βάση της ειδικότητάς τους και δεύτερον, να δημιουργηθούν μόρια που προσδένονται σε ειδικές πρωτεΐνες ή άλλα μόρια που εκφράζονται από κύτταρα του οργανισμού ή παθογόνα. Και στις δύο περιπτώσεις, εμφανίστηκαν νέες τεχνολογίες και αποκαλύψαμε νέα δεδομένα. Η διαδικασία της ωρίμανσης των αντισωμάτων έγινε επίσης περισσότερο κατανοητή σε κυτταρικό επίπεδο. Η τεχνική της ταξινόμησης των ενεργοποιημένων κυττάρων μέσω του ανοσοφθορισμού επέτρεψε τον διαχωρισμό διαφορετικών κυτταρικών τύπων σε νέα επίπεδα ειδικότητας και ανάλυσης. Τελευταίες ανακαλύψεις στο πεδίο αυτό της έρευνας μας έχουν επιτρέψει να διαχωρίσουμε συγκεκριμένα κύτταρα μέσω της έκφρασης ειδικών πρωτεϊνών στην επιφάνειά τους. Τα κύτταρα αυτά ανιχνεύονται πλέον από εκειδικευμένα μονοκλωνικά αντισώματα.

Τα μονοκλωνικά αντισώματα έφεραν επανάσταση και στην ιατρική. Εκτός από τη συμβολή τους στις διαγνώσεις, η θεραπευτική εφαρμογή των αντισωμάτων έχει οδηγήσει σε σημαντικές προόδους στην αντιμετώπιση των αυτοάνοσων παθήσεων αλλά και του καρκίνου. Το βραβείο Νόμπελ Ιατρικής του 2018 απονεμήθηκε σε δύο επιστήμονες για την «ανακάλυψη μίας θεραπείας του καρκίνου μέσω αναστολής (με αντισώματα) της αρνητικής ανοσιακής ρύθμισης».

Τα μονοκλωνικά αντισώματα χρησιμοποιούνται επίσης και στην αντιμετώπιση των λοιμωδών νόσων. Οι επιστήμονες προσπαθούν σήμερα να αναπτύξουν μονοκλωνικά αντισώματα ευρέος φάσματος για την αδρανοποίηση των ιών του HIV και της γρίπης καθώς και του πρωτοζώου της ελονοσίας.

Τα μονοκλωνικά αντισώματα παράγονται σήμερα μέσω της απομόνωσης και μετατροπής των κυττάρων που παράγουν αντισώματα, τα οποία απομονώνονται από ανοσοποιημένους ασθενείς ή πειραματόζωα. Από τα κύτταρα αυτά απομονώνονται οι αλληλουχίες του DNA που κωδικοποιούν αντισώματα, οι οποίες και εμφυτεύονται σε κατάλληλα κύτταρα.

Βιβλιογραφία: Nature

Φωτογραφία: NIAID