Monoclonal Antibodies (โมโนโคลนอลแอนติบอด้ี)Lecture 1

Outline Lecture 1-4

1. Immune System

2. What is Antibody?

3. History of Monoclonal Antibodies

4. Production of Monoclonal vs Polyclonal Antibodies

5. Problems of delivery of monoclonal antibodies

6. Types of Monoclonal Antibodies

7. Engineering of Monoclonal Antibodies

8. Advantages/Disadvantages of Monoclonal Antibodies

9. Applications of Monoclonal Antibodies In Pharmacology

10. Future trend of Monoclonal Antibodies

Week 1

Week 2

Week 3

Week 4

Outline Lecture 1

1. Immune System

2. Clonal Selection Theory

3. Antigen vs Immunogen

4. Structure of Antibody

5. Roles of Antibodies in fighting diseases

6. History of Monoclonal Antibodies

www.ajahntechno.wordpress.com

IMMUNE SYSTEM = ระบบภมูคิุ้มกัน รา่งกายเรามกีลไกป้องกันการรุกล้ำ้าท้ำาลายจากสิง่แปลกปลอม 2 แบบ คือ

1. Nonspecific defense mechanisms/Innate immune response/Native immunity =

กลไกการท้ำาลายสิง่แปลกปลอมแบบไมจ่้ำาเพาะ/ระบบภมูคิุ้มกันท่ีติดตัวมาแต่กำาเนิด 1.1 First line of defense เป็นกลไกการป้องกันท่ีอยูภ่ายนอกรา่งกาย เชน่ ผิวหนัง และ mucous membrane ท่ีทางเดินอาหาร ทางเดินหายใจ ท่อปัสสาวะและสบืพนัธุ์ 1.2 Second line of defense เป็นกลไกการป้องกันท่ีอยูภ่ายในรา่งกาย เมื่อสิง่ แปลกปลอมสามารถแทรกเขา้สูภ่ายในรา่งกายได้ เชน่ การเกิด phagocytosis โดย เมด็เลือดขาว, การผลิต anti-microbial protein, inflammatory response

2. Specific defense mechanisms/Adaptive immune response/Acquired immunity =

กลไกการท้ำาลายสิง่แปลกปลอมแบบจ้ำาเพาะ/ ภมูคิุ้มกันที่เกิดขึ้นภายหลัง or third line of

defense ได้แก่ การท้ำางานของ lymphocytes และการผลิต antibody

2.1 Humoral (antibody-mediated) immune response

2.2 Cell-mediated immune response

Antibody-mediated

http://www.youtube.com/watch?v=JddrH26uxkY

Adaptive Immunity

No Antibody

Clonal selection

B cell ท่ีมี receptor ท่ีจ้ำาเพาะต่อ Ag นัน้จะเพิม่ จ้ำานวนได้เป็น clone

บางเซลล์พฒันาไปเป็น short-lived plasma cell และสรา้ง Ab

บางเซลล์พฒันาไปเป็น long-lived memory cell ท่ีจะท้ำาให้เกิดการตอบสนองอยา่ง

รวดเรว็เมื่อรา่งกายได้รบั Ag เดิม

1960Medicine

Sir Frank Macfarlane Burnet

Clonal Selection Theory

Antigen (Ag)แอนติเจน คือ สารท่ีทำาปฏิกิรยิาจำาเพาะกับแอนติบอดี ซึ่งแอนติบอดีท่ีเกิดขึ้นนัน้มสีมบติัท่ีจะทำาปฏิกิรยิา

เฉพาะต่อแอนติเจนชนิดนัน้เท่านัน้

สิง่ท่ีจดัเป็นแอนติเจน มสีมบติัดังนี้

1) เป็นสิง่แปลกปลอม (Foreigness) สำาหรบัรา่งกาย2) เป็นสารท่ีเซลล์สรา้งแอนติบอดีจำาไมไ่ด้วา่สารนัน้เป็นของตัวเอง3) มโีมเลกลุนาดใหญ่ (> 10 kDa)4) เป็นสว่นใดสว่นหนึ่งของเซลล์มนุษยห์รอืสิง่มชีวีติ เชน่ เซลล์เมด็เลือดแดง เน้ือเยื่อ เชื้อไวรสั

แบคทีเรยี เหด็รา เกสรพชื เป็นต้น

Immunogen Antigen

โครงสรา้งและหน้าท่ีของ Antigen

- Epitope or antigenic determinant เป็นสว่นของAg ท่ี Ab เขา้ไปจบั (Ab จะใชส้ว่น antigen binding

site ในการจบั)

- แบคทีเรยีตัวหน่ึงๆ อาจมี epitope ส้ำาหรบัจบักับAb ได้ถึง 4 ล้านโมเลกลุ

Antibody (Ab) คือสารไกลโคโปรตีน (Glycoprotein) ท่ีอยูใ่นเลือด (blood serum) ซึ่งสรา้งมาจาก Plasma cells

(WBC) เกิดจากการตอบสนองของระบบภมูคิุ้มกันต่อ antigenic determinant ท่ีแปลกปลอม

Ab สว่นใหญ่อยูใ่น serum สว่น γ-globulin และเน่ืองจาก Ab เป็น globulin ท่ีทำาหน้าท่ีเกี่ยวกับ ภมูคิุ้มกันของรา่งกายจงึเรยีกวา่ Immunoglobulin (Ig)

Ab ทำาหน้าท่ีต่อสูห้รอืป้องกันการติดเชื้อโรคจากแบคทีเรยี ไวรสั หรอืสิง่แปลกปลอมอ่ืนๆท่ีเขา้มาใน รา่งกาย โดยจะทำาปฏิกรยิาท่ีมคีวามจำาเพาะต่อแอนติเจน (Ag)

Ig/AbSerum

The Structure of Antibody

• Y-shaped molecule• 2 identical light chains (~220

amino acids long, 25 kDa)

Variable domain: VLConstant domain: CL

• 2 identical heavy chains (~440 amino acids long, 50-70 kDa)

Variable domain: VH3 Constant domains: CH1, CH2, CH3

• Covalent, disulfide bonds between cysteine residues

• Flexible “hinge region”Fab (antigen-binding fragment) เปนสวนท่ีอิมมูโนโกลบุลินใชจบักับแอนติเจน

Fc (crystallizable fragment) สว่นท่ีแยกออกมาไดในสภาพตกผลึก เปนสวนท่ีมคีวามสำาคัญทาง biological function

Carbohydrate

-Ab เป็น globular serum protein เรยีก immunoglobulins (Igs) ประกอบด้วย polypeptide 4 สาย; 2 สายเป็น heavy chain และอีก 2

สายเป็น light chain-variable region ของทั้ง light & heavy chain จะจ้ำาเพาะกับ epitope

หน่ึง ๆ-constant region ของ heavy chain จะจ้ำาเพาะกับชนิดของ Ig (ใชจ้้ำาแนก

ชนิดของ Ig)

-Immunoglobulin (Ig) มทัี้งหมด 5 ชนิด

1. Ig M (pentamer) เป็น Ig ท่ีพบเป็นชนิดแรกเมื่อexpose กับ Ag พบครัง้แรกในปลาฉลามและปลากระ

ดกูแขง็ ดังนัน้ IgM จงึจดัเป็น Ig ท่ีเก่าแก่ท่ีสดุตามสายววิฒันาการ

2. Ig G (monomer) พบมากในกระแสเลือด ท้ำาลายแบคทีเรยี, ไวรสั และ toxin เป็นอิมมูโนโกลบุลินท่ีมีปรมิาณมากท่ีสดุในซรีัม่ ถกูสรา้งมากท่ีสดุเมื่อม ีsecondary immune response

3. Ig A (dimer) พบใน mucous และ colostrum ป้องกันการจบัของไวรสัและแบคทีเรยีต่อ epithelial surface

4. Ig D (monomer) พบมากท่ีผิวของ B cell คาดวา่ชว่ยกระตุ้นการเปลี่ยนจาก B cell ไปเป็น plasma cell & memory B cell

5. Ig E (monomer) จบัอยูท่ี่ mast cell & basophil เมื่อถกูกระตุ้นโดย Ag ท้ำาให้เกิดการหลัง่ histamine หรอืสารท่ีก่อให้เกิดอาการแพ ้

ปฏิกรยิาลบล้างฤทธิ์ ปฏิกรยิาจบักล่ม

การกระตุ้นคอมพลีเมนต์

Monoclonal Antibodies (โมโนโคลนอลแอนติบอด้ี)- Dr. Cesal Milstein และ Dr. George

Kohler ซึง่เป็นนักวจิยัแห่งมหาวทิยาลัยแคมบรคิจ ์ ได้ค้นพบโมโนโคลนอลแอนติบอดี และได้รบัรางวลัในสาขาการแพทยด้์านวทิยาภมูคิุ้มกันเมื่อปี 1984 - ในอดีตการเตรยีมแอนติบอดีจะได้โพลีโคลนอลแอนติบอดี (Polyclonal antibody) ซึง่เป็นการยากท่ีจะให้ได้ antibodies (Ab) หรอื immunoglobulin ท่ีมคีวามจ้ำาเพาะและมีคณุสมบติัตามท่ีต้องการสงู- โดยปกติรา่งกายของมนุษยแ์ละสตัวจ์ะสามารถสรา้ง Ab ขึน้มาได้มากกวา่ 2 ล้านชนิด เนื่องจากปรมิาณของ Ab ท่ีรา่งกายสรา้งขึน้มามมีากมายหลายชนิดจงึท้ำาให้ Ab ท่ีรา่งกายมนุษยผ์ลิตขึน้มามปีรมิาณท่ีต้ำ่าและไมม่คีวามบรสิทุธิ ์ ดังนัน้ความสามารถท่ีจะท้ำาลายทั้งแบคทีเรยีและไวรสัเมื่อมกีารติดเชื้อเขา้มาในรา่งกายจะต้ำ่า

Discovery of Monoclonal Antibodies• In 1975, monoclonal

antibodies were produced in mice using a technique Hybridoma Technology described by Köhler and Milstein

• They were awarded the Nobel Prize in 1984 (along with Jerne) for their work in Medicine and Physiology.

Why should we be interested ?The outlook for monoclonal antibody therapeutics is

healthy.

mAbs drive the development of multibillion dollar biotechnology industry.

US$26 billion by the end of the decade. Quicker and less costly development higher success rates premium pricing and

• 100 mAbs were expected by 2010

Take Home Message1. Immune System

2. Clonal Selection Theory

3. Antigen vs Immunogen

4. Structure of Antibody

5. Roles of Antibodies in fighting diseases