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医学 1975

分泌预定特异性抗体的融合细胞连续培养

乔治·克勒 与 塞萨尔·米尔斯坦

把癌细胞和免疫细胞融在一起,就能永远酿出同一种纯净的抗体。

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In depth · the introduction

如果你能找到一个恰好分泌你想要的那种抗体的免疫细胞——再让它永远活着、不停复制自己,会怎样?

核心思想

你的免疫系统会制造抗体:一种 Y 字形的蛋白,能牢牢抓住某一个特定的靶点,像分子层面的一把锁配一把钥匙。麻烦在于,那些只造单一纯净抗体的细胞,在培养皿里很快就死,于是一个世纪以来,取得抗体的唯一办法,就是给动物放血,再收集一份杂乱的混合物——每一次都不一样。

克勒与米尔斯坦用一招「融合」破了局。他们把一个会造抗体的免疫细胞,和一个不死的癌细胞黏在一起,造出一个同时继承了两样天赋的杂交细胞:它永远活着,又不停地倾泻出那一种纯净的抗体。他们把它叫作杂交瘤,把它的产物叫作单克隆抗体。

它是怎么来的

1975 年,在剑桥的分子生物学实验室,塞萨尔·米尔斯坦——一位安静而慷慨的阿根廷生物化学家——正在研究造抗体的肿瘤细胞如何运作。他的德国博士后乔治·克勒,想到把这样一个肿瘤细胞,和一只经绵羊血细胞免疫过的小鼠的正常免疫细胞融合起来。

真正的妙手,在于如何只留下融合成功的那些。他们把培养皿置于一种毒物(叫 HAT)之中:癌细胞单靠自己活不下去,正常细胞又长不起来——唯有杂交细胞两样都能办到,于是只有它们存活。两人在《自然》上用两页的短文报告了此事,结尾平静而克制:这样的培养物,或可用于医疗与工业。他们绝非夸张。而众所周知,没有人为它申请专利。

为什么重要

单克隆抗体是一件瞄得完美、又可重复的试剂——它只黏住选定的某一样东西,别的都不认,一批又一批,永远如此。这就把抗体从一种你去采集的天然产物,变成了一件你能设计、能制造的工具。正因如此,家用验孕棒才管用,许多癌症与自身免疫病如今才有了靶向药,新冠快筛也才能在十五分钟内亮起来。

可以这样想象

把免疫细胞想成一位天才工匠,他能雕出恰好一把完美的钥匙——可惜他会死,又只能独自一人干活。癌细胞则是一台不知疲倦的复印机,只是没有什么值得复印的东西。把两者融在一起,你就得到一座不死的工坊:只要你让灯一直亮着,它就能把那一把完美的钥匙,分毫不差地,一百万把一百万把地冲压出来。

一个有三种细胞的可交互培养皿。在普通与 HAT 培养基之间切换,并移动天数滑块:普通培养基里癌变的骨髓瘤占领全场;HAT 里它死去、脾细胞凋零,只有融合而成的杂交瘤存活并繁殖。

它在知识谱系里的位置

这是抗体进入「工程时代」的那一刻。它承接了一个世纪:从疫苗(詹纳,1798)起步,到发现血清中携带着保护性抗体;它又与 DNA 带来的新分子生物学(沃森与克里克,1953)以及重组技术相互咬合。从这里出发,线索笔直地通向人源化抗体、抗体—药物偶联物,以及如今占据药房货架的各种靶向生物药。

The original document
Original source text
Georges Köhler & César Milstein · Nature 256 (1975): 495–497 · MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge · 7 August 1975
The manufacture of predefined specific antibodies by means of permanent tissue culture cell lines is of general interest.
[Structural map.] With its opening sentence the Letter states the goal: a cell line that grows without limit and pours out an antibody of a specificity you choose in advance. The body then describes how they reached it.
The fusion
[Summary, not a quotation.] A mouse is immunised against sheep red blood cells. Its spleen — now full of antibody-making cells — is harvested, and those cells are fused, with the help of inactivated Sendai virus, to a mouse myeloma line (the immortal but enzyme-deficient clone P3-X63-Ag8). Fusion is rare and indiscriminate, so the dish is a mixture of unfused parents and a few true hybrids.
The selection
[Summary, not a quotation.] The mixture is grown in HAT medium. The unfused myeloma cells, lacking the salvage enzyme HGPRT, cannot make DNA once aminopterin blocks the de-novo route, and they die; the unfused spleen cells cannot divide in culture and fade away. Only the hybrids — immortal from the myeloma, HGPRT-competent from the spleen cell — survive and grow.
The proof
[Summary, not a quotation.] Survivors are tested for anti-sheep-cell antibody by a haemolytic plaque assay, and antibody-positive cultures are cloned to lines that each descend from a single cell and secrete a single, identical antibody — the first monoclonal antibodies of predefined specificity.
Such cultures could be valuable for medical and industrial use.
[ … ]