一種基于液滴微流控系統(tǒng)的高通量功能型抗體篩選方法

PD-1/PD-L1免疫檢驗(yàn)點(diǎn)拮抗型抗體在腫瘤免疫治療領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，近年來雙特異性抗體T細(xì)胞接合器（T Cell Engager）和靶向共刺激受體的激動(dòng)型抗體迎來了開發(fā)的浪潮。然而，免疫激動(dòng)型抗體的開發(fā)具有很大的挑戰(zhàn)，需要綜合抗體親和力、表位、效價(jià)、簇形成、Fcγ受體相互作用、受體占用率等多方面的考慮。

生物科技支柱技術(shù)噬菌體展示技術(shù)巧妙的實(shí)現(xiàn)了蛋白表型和基因型的偶連，從而可以基于親和力對上億種分子進(jìn)行高效篩選。激活型抗體的篩選只能依賴于對幾千個(gè)抗體逐個(gè)純化、表達(dá)和和檢測，因此藥物研發(fā)領(lǐng)域迫切需要開發(fā)一種高通量的激活型抗體篩選方法。

近日，南開大學(xué)張宏愷課題組與高誠生物醫(yī)藥有限公司、上海科技大學(xué)及上海交通大學(xué)合作在Science Advances期刊上發(fā)表題為High throughput functional screening for next generation cancer immunotherapy using droplet-based microfluidics的文章。

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于液滴微流控系統(tǒng)的高通量功能型抗體篩選技術(shù)（圖1），首先構(gòu)建慢病毒抗體文庫并用該文庫感染細(xì)胞，每個(gè)細(xì)胞僅被一個(gè)病毒感染從而每個(gè)細(xì)胞分泌一種抗體；之后通過液滴微流控系統(tǒng)將單個(gè)抗體分泌細(xì)胞與單個(gè)報(bào)告細(xì)胞共包裹在同一個(gè)微液滴中，每一個(gè)液滴相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的微型反應(yīng)器，互不影響；細(xì)胞在液滴中培養(yǎng)后，通過熒光激活液滴分選（FADS）系統(tǒng)，分選出含有激活報(bào)告細(xì)胞的液滴，液滴微流控系統(tǒng)可以在數(shù)小時(shí)實(shí)現(xiàn)對數(shù)百萬個(gè)液滴的生成和分選；隨后，從液滴中回收抗體分泌細(xì)胞、擴(kuò)增并進(jìn)行下一輪篩選；經(jīng)過多輪篩選后從富集細(xì)胞中提取抗體基因進(jìn)行測序，從而確定活性抗體的序列。

圖1 基于液滴微流控系統(tǒng)的高通量功能型抗體篩選技術(shù)流程圖

研究人員利用基于液滴微流控系統(tǒng)的高通量功能型抗體篩選技術(shù)篩選CD40受體的激動(dòng)型抗體。經(jīng)過兩輪篩選后，研究人員對初始文庫和兩輪篩選后的抗體庫進(jìn)行三代測序及生物信息學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)一些抗體實(shí)現(xiàn)了逐輪的富集，對富集程度最高的5個(gè)抗體進(jìn)行表達(dá)純化和驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)5個(gè)抗體都是CD40的強(qiáng)激動(dòng)型抗體。研究人員利用該方法篩選出了初始頻率僅有0.02%的活性抗體，而初始文庫中比例很高的無活性抗體在篩選過程中被逐輪淘汰。值得一提的是，基于該平臺(tái)篩選出的CD40激動(dòng)劑抗體C04，在小鼠模型中有效激活免疫系統(tǒng)并抑制腫瘤生長，未經(jīng)任何優(yōu)化的C04抗體的安全性和有效性均媲美臨床試驗(yàn)中的CD40激動(dòng)型抗體CP870893。另外，研究人員利用該方法經(jīng)過一輪篩選即獲得多個(gè)anti-Her2×anti-CD3雙特異性抗體T細(xì)胞接合器。

該論文報(bào)道了一種基于液滴微流控系統(tǒng)的高通量功能型抗體篩選方法，有效實(shí)現(xiàn)了基因型和活性表型的耦合，使得從百萬種多樣性的抗體中快速篩選活性抗體成為可能，且節(jié)約了人力和資金的投入，將能夠促進(jìn)下一代腫瘤免疫療法藥物的開發(fā)。同時(shí)，該研究范式將能夠應(yīng)用于多肽和細(xì)胞因子改造、細(xì)胞間通訊和TCR與新生抗原配對等多方面的研究。

南開大學(xué)助理研究員王媛博士和博士生晉瑞娜為論文共同第一作者，高誠生物沈冰清博士和上?？萍即髮W(xué)王瑋博士做出了關(guān)鍵貢獻(xiàn)。

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