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金蟲 (正式寫手)

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[交流] 百余位科學(xué)家聯(lián)名呼吁生物醫(yī)學(xué)研究采用重組抗體

生物醫(yī)學(xué)研究中重現(xiàn)性的核心在于，能使用和已發(fā)表論文中所描述的完全相同的試劑。但令人擔(dān)憂的是，應(yīng)用最廣泛的蛋白結(jié)合試劑——抗體的可靠性存在嚴(yán)重缺陷。

在生物體內(nèi)，抗體能幫助對(duì)抗病原體。而在實(shí)驗(yàn)室中，生物學(xué)家長(zhǎng)期利用它們追蹤感興趣的蛋白質(zhì)，因?yàn)榭贵w可以結(jié)合特定靶標(biāo)。但在2008年的一項(xiàng)研究中，約6000種常用商業(yè)抗體里，只有不到一半能識(shí)別它們的特定靶標(biāo)。于是，一些廠家持續(xù)生產(chǎn)出好的抗體，而其他廠家一直生產(chǎn)的是效果不理想的抗體。

上述數(shù)據(jù)或許還有些樂觀。事實(shí)上，我們認(rèn)為，關(guān)于特征不明顯和界定模糊的抗體問題，可以參考一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)：53項(xiàng)重要臨床前研究中只有6項(xiàng)的科學(xué)結(jié)論可以復(fù)制。在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，該問題導(dǎo)致的材料、時(shí)間和金錢上的浪費(fèi)是巨大的。據(jù)估計(jì)，僅在美國(guó)每年這方面的支出就達(dá)3.5億美元。

為阻止這種損失，我們呼吁發(fā)起一個(gè)全球合作和資助項(xiàng)目，旨在對(duì)所有結(jié)合試劑根據(jù)編碼序列作出界定。最關(guān)鍵的是，研究人員應(yīng)該使用重組性抗體或結(jié)合試劑。它們都是由可靠的細(xì)胞系制成，而這些細(xì)胞系是通過分離并將基因與質(zhì)粒DNA結(jié)合，然后把質(zhì)粒轉(zhuǎn)進(jìn)細(xì)胞或細(xì)菌中進(jìn)行培養(yǎng)獲得的。

抗體可靠性很難保證

幾十年來，研究人員一直使用多克隆抗體。它們是通過將靶標(biāo)（通常是蛋白質(zhì)）注入動(dòng)物體內(nèi)，并利用得到的血清作為抗體來源而產(chǎn)生的。不過，一種多克隆試劑中只有0.5%～5%的抗體能結(jié)合其既定的靶標(biāo)。同時(shí)，抗體的功能性每個(gè)批次都不相同，在對(duì)動(dòng)物進(jìn)行免疫處理時(shí)，即使是同一種動(dòng)物，永遠(yuǎn)不會(huì)產(chǎn)生完全相同的抗體組合。這使得研究人員很難確定通過這種方式獲得的每一個(gè)特定批次組合試劑的特異性。

40年前，通過將正常產(chǎn)生抗體的B淋巴細(xì)胞注入癌細(xì)胞而產(chǎn)生雜交瘤的方式，第一個(gè)單克隆抗體被制造出來。生物醫(yī)學(xué)界認(rèn)為，通過這種方式獲得的細(xì)胞系能解決多克隆抗體帶來的很多挑戰(zhàn)。不幸的是，單克隆抗體并非沒有任何問題。

雜交瘤細(xì)胞系會(huì)相繼死亡，并喪失其抗體基因，或者當(dāng)脫離冷凍條件時(shí)，它們便不再生長(zhǎng)。這意味著，某種特定單克隆抗體的來源可能會(huì)永久失去。更重要的是，此類抗體可能和不止一種靶標(biāo)結(jié)合，或許因?yàn)樗鼈儗?shí)際上是擁有多種特異性的抗體組合，抑或只是因?yàn)樗鼈兡芙Y(jié)合很多蛋白質(zhì)。為此，就需要進(jìn)行詳細(xì)的表征。

很多制藥和大型生物科技公司擁有用來確認(rèn)抗體有效并對(duì)其進(jìn)行表征的部門。因此，大多數(shù)臨床試驗(yàn)，尤其是被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局以及歐盟歐洲藥品管理局批準(zhǔn)的醫(yī)療程序中使用的試劑都非常可靠。

臨床試驗(yàn)之外，在確認(rèn)試劑的有效性時(shí)，很難達(dá)到同等程度。而且，只有44%的已發(fā)表論文提供比如關(guān)于供應(yīng)商的足夠信息，從而使研究人員能購(gòu)買到相同抗體。伴隨著諸如不同規(guī)格的功能性等生產(chǎn)批次信息而產(chǎn)生的文檔編制質(zhì)量，也有著很大不同。即使被提供出來，它也可能和供應(yīng)批次對(duì)不上號(hào)。

改善試劑質(zhì)量需兩個(gè)步驟

如果所有抗體能通過其序列被界定并重組出來，全世界的研究人員便可以在相同條件下使用相同的結(jié)合試劑。重組抗體的永久生產(chǎn)線可以通過將含有抗體DNA的質(zhì)粒與細(xì)胞系結(jié)合而被設(shè)計(jì)出來。

在實(shí)踐中，改善可結(jié)合蛋白的試劑質(zhì)量需要兩個(gè)步驟。首先，應(yīng)獲得這些試劑的序列以用于生產(chǎn)廣泛使用的雜交瘤單克隆抗體。只有這樣，這些抗體才能被重組出來。而多克隆抗體應(yīng)從研究中被全部淘汰。

其次，研究人員應(yīng)采用可直接獲得那些被輕易測(cè)序和表達(dá)的重組結(jié)合試劑的方法。它們包括從上億個(gè)變異體中選出最好結(jié)合試劑的雙雜交法以及對(duì)幾百萬個(gè)動(dòng)物或人類B細(xì)胞接受免疫挑戰(zhàn)后進(jìn)行測(cè)序確認(rèn)出抗體的方法。

通過利用序列信息作為一個(gè)通用的參考系統(tǒng)，研究人員便能選擇最適合他們需求的結(jié)合試劑，并以一種標(biāo)準(zhǔn)化的方式使用這些試劑。除了抗體，不同種類的結(jié)合試劑正處于研發(fā)當(dāng)中，包括擁有人工引入結(jié)合表面的蛋白質(zhì)——重組蛋白骨架以及基于核酸的結(jié)合試劑。同抗體相比較，一些替代性試劑更容易使用和生產(chǎn)。

依靠市場(chǎng)的力量

在我們看來，生產(chǎn)研究中常用的抗體重組版本在商業(yè)上是有利可圖的，即使是序列信息可被公開獲取。這些試劑在研究用抗體市場(chǎng)中的缺席，主要源自經(jīng)濟(jì)方面的考慮，而非技術(shù)上的挑戰(zhàn)。很多生產(chǎn)商只是簡(jiǎn)單地被利潤(rùn)更豐厚的治療市場(chǎng)所吸引。

目前，重組結(jié)合試劑的生產(chǎn)成本同單克隆抗體相仿，但隨著技術(shù)進(jìn)步，應(yīng)該會(huì)下降，而需求會(huì)增加，生產(chǎn)流程也將變得自動(dòng)化。如果DNA序列可免費(fèi)獲取，研究人員原則上能自己生產(chǎn)重組試劑，但大多數(shù)將更偏好從供應(yīng)商獲取有質(zhì)量控制的產(chǎn)品�；诖�，兩年前一家名為Absolute Antibody的初創(chuàng)公司開始出售通過重組產(chǎn)生并進(jìn)行測(cè)序的單克隆抗體試劑。目前，很多序列已不受專利權(quán)限制。

這意味著僅靠市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)并不能改善可結(jié)合蛋白的試劑質(zhì)量，這在過去30年已得到證實(shí)。在CiteAb數(shù)據(jù)庫中羅列的近200萬個(gè)抗體中，大多數(shù)很少被用于研究，從而無法形成有吸引力的商業(yè)前景。

實(shí)現(xiàn)向可表征的重組蛋白質(zhì)結(jié)合試劑的大規(guī)模過渡，將需要北美、歐洲、亞洲等全球最大經(jīng)濟(jì)體的公共資助機(jī)構(gòu)在技術(shù)研發(fā)方面加大投資。這會(huì)在關(guān)鍵瓶頸——試劑靶標(biāo)的生產(chǎn)、結(jié)合試劑的選擇以及下游的表征工作方面減少開支，提高效率。自2010年啟動(dòng)的5年期試驗(yàn)計(jì)劃——包括美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）的“蛋白質(zhì)捕獲試劑項(xiàng)目”和歐盟（EU）的Affinomics項(xiàng)目表明，重組技術(shù)能被大規(guī)模應(yīng)用。這些項(xiàng)目應(yīng)該能被擴(kuò)大，而對(duì)于它們的投資應(yīng)持續(xù)至少十年。

我們預(yù)估，利用現(xiàn)有技術(shù)，將需要10億美元用于生產(chǎn)可表征的、以所有兩萬個(gè)人類基因初始產(chǎn)品為靶標(biāo)的重組結(jié)合試劑。這或許低于過去兩年間全球在效果欠佳試劑方面浪費(fèi)的開支，而且由于數(shù)據(jù)能得到更好的重現(xiàn)，這方面支出從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看會(huì)很容易被補(bǔ)償回來。

不過，我們并不提倡儲(chǔ)備科學(xué)家?guī)缀醪桓信d趣的靶標(biāo)的試劑。相反，高效的流水線應(yīng)當(dāng)被開發(fā)出來，用于生產(chǎn)任何有需求的高質(zhì)量結(jié)合試劑。一種可能性是，由公共和私人基金資助的中心聚焦于用戶要求的靶標(biāo)的生產(chǎn)、選擇、表征和序列信息的發(fā)表，而商業(yè)公司專注于生產(chǎn)和配送試劑。一個(gè)有用的參照系是結(jié)構(gòu)基因組研究聯(lián)盟。過去十年間，這種合作關(guān)系利用公共和私人資金設(shè)計(jì)出由學(xué)術(shù)界和商業(yè)公司部署的高效人類蛋白質(zhì)生產(chǎn)線。

作為第一步，我們希望科研界的領(lǐng)導(dǎo)者——NIH和EU說服學(xué)術(shù)用戶、技術(shù)開發(fā)人員、生物科技公司、資助機(jī)構(gòu)和出版商，并建立一個(gè)向這些高質(zhì)量結(jié)合試劑過渡的實(shí)際時(shí)間表。

僅靠生產(chǎn)經(jīng)過測(cè)序且得到很好表征的試劑不可能改變研究人員的行為。這就要求出版商和資助機(jī)構(gòu)規(guī)定在5到10年內(nèi)視具體資助情況，已發(fā)表論文中的所有結(jié)合試劑都必須是重組的，并在序列水平上得到界定。這將反映出過去若干年間的需求，即基因序列和新蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)信息應(yīng)當(dāng)被儲(chǔ)存起來并實(shí)現(xiàn)公開獲取。

如果這些措施能得到實(shí)施，科學(xué)家將不再想使用未測(cè)序的結(jié)合試劑，而測(cè)序信息的缺席會(huì)導(dǎo)致供應(yīng)商在市場(chǎng)上處于劣勢(shì)，未表征和未測(cè)序的研究用抗體也會(huì)被淘汰。

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