5 大核心技術，揭開單克隆抗體的研發(fā)密碼

摘要：單克隆抗體作為生物制藥的重要品類，已有超百種獲批用于臨床治療。本文以科普視角，拆解了 雜交瘤技術、 噬菌體展示技術、 轉基因小鼠技術、 單細胞 B 細胞分離技術和 從頭設計技術這五種單克隆抗體制備的核心方法，解析每種技術的原理、特點與應用場景，展現(xiàn)單克隆抗體制藥領域的技術演進與創(chuàng)新，讓讀者直觀了解這一前沿生物科技的發(fā)展脈絡。

一、從實驗室到臨床：單克隆抗體的 “出道” 背景

我們的免疫系統(tǒng)里，B 細胞是制造抗體的 “工廠”，能產(chǎn)生針對病毒、癌細胞等 “敵人” 的特異性抗體。但天然的抗體是多克隆的，就像一支雜牌軍，精準度和戰(zhàn)斗力都有限。

1975 年，科勒和米爾斯坦發(fā)明的雜交瘤技術改變了這一切，首次實現(xiàn)了單克隆抗體的量產(chǎn)，讓抗體從實驗室工具變成了臨床藥物。如今，隨著技術發(fā)展，科學家們又開發(fā)出多種更高效、更精準的抗體發(fā)現(xiàn)方法，讓單克隆抗體家族不斷壯大，目前已有超 100 種治療性單克隆抗體獲批，覆蓋腫瘤、免疫、感染等多個疾病領域。

二、五大核心技術：打造單克隆抗體的 “獨門秘籍” （一）經(jīng)典老將：雜交瘤技術

雜交瘤技術是單克隆抗體的 “開山鼻祖”，至今仍在廣泛使用。它的原理很巧妙：先給小鼠注射目標抗原，讓小鼠的脾臟 B 細胞產(chǎn)生特異性抗體，再把這些 B 細胞和能無限增殖的骨髓瘤細胞融合，形成雜交瘤細胞。

這些雜交瘤細胞既繼承了 B 細胞產(chǎn)抗體的能力，又有骨髓瘤細胞無限分裂的特性，能源源不斷地生產(chǎn)出單一、純凈的單克隆抗體。不過早期的鼠源抗體進入人體后，容易引發(fā)免疫反應，科學家們又通過人源化改造，把鼠源抗體的關鍵區(qū)域替換成人的，降低了免疫原性。

后來，兔源雜交瘤技術也發(fā)展起來，兔源單克隆抗體的親和力更高，能識別更多樣的抗原表位，比如首個兔源單克隆抗體藥物布羅盧單抗，就成功用于治療黃斑病變。

（二）體外篩選能手：噬菌體展示技術

如果說雜交瘤技術是 “體內(nèi)培養(yǎng)”，噬菌體展示技術就是 “體外篩選” 的代表。1985 年誕生的這項技術，核心是把抗體基因片段插入噬菌體的基因中，讓噬菌體表面展示出抗體片段，形成一個巨大的 “抗體庫”。

科學家們用抗原去 “釣” 這個庫里的噬菌體，能結合的噬菌體就被篩選出來，再經(jīng)過多輪富集和驗證，就能得到高親和力的抗體。這個技術的優(yōu)勢是能繞過動物免疫的限制，直接制造全人源抗體，第一個全人源抗體藥物阿達木單抗就是用它研發(fā)的。

而且噬菌體展示技術還能篩選出有功能的抗體，比如能調(diào)節(jié)細胞信號通路、誘導干細胞分化的抗體，讓抗體不僅能 “結合” 抗原，還能主動調(diào)控細胞功能，拓展了抗體的治療潛力。

（三）人源抗體工廠：轉基因小鼠技術

鼠源抗體的人源化改造畢竟費時費力，轉基因小鼠技術就解決了這個問題。科學家們通過基因工程，把人類的免疫球蛋白基因植入小鼠體內(nèi)，讓小鼠的免疫系統(tǒng) “誤以為” 自己能產(chǎn)生人源抗體。

給這些轉基因小鼠注射抗原后，它們的 B 細胞會產(chǎn)生全人源的抗體，再通過雜交瘤或篩選技術，就能直接獲得全人源單克隆抗體，避免了后續(xù)的人源化步驟。目前已有 XenoMouse、VelocImmune 等多個轉基因小鼠平臺，成為藥企研發(fā)全人源抗體的重要工具。

（四）精準捕捉：單細胞 B 細胞分離技術

單細胞 B 細胞分離技術是近幾年的 “新銳”，它跳過了動物免疫環(huán)節(jié)，直接從免疫過的人體或患者的外周血中，分離出能產(chǎn)生特異性抗體的單個 B 細胞。

通過熒光激活細胞分選（FACS）找到抗原特異性 B 細胞，再用 PCR 擴增抗體基因，就能快速獲得全人源抗體。這項技術的優(yōu)勢是快，在新冠疫情期間，科學家們用它迅速篩選出針對新冠病毒的中和抗體，為抗疫爭取了時間。同時，它還能從患者體內(nèi)找到針對 HIV、流感等病毒的廣譜中和抗體，是應對突發(fā)傳染病的 “利器”。

（五）未來之星：從頭設計技術

前面四種技術都依賴天然的 B 細胞或抗體庫，而從頭設計技術則是用人工智能 “無中生有” 地設計抗體。借助 AlphaFold3 等蛋白質(zhì)結構預測工具，結合機器學習、擴散模型，科學家們能根據(jù)抗原的結構，在電腦上直接設計出能精準結合的抗體序列和結構。

這種方法擺脫了天然抗體庫的限制，能設計出親和力更高、穩(wěn)定性更好的抗體，甚至能針對傳統(tǒng)技術難以靶向的 “難成藥” 靶點。比如用 AI 設計的單域抗體，能精準識別流感病毒和艱難梭菌毒素，展現(xiàn)出強大的應用潛力。

下圖展示了這五種治療性抗體開發(fā)的關鍵方法，清晰呈現(xiàn)了每種技術的核心流程：

噬菌體展示技術還能實現(xiàn)功能性抗體的發(fā)現(xiàn)，下圖展示了通過該技術篩選調(diào)控細胞命運的功能性抗體的流程：

機器學習在抗體設計中主要分為序列、結構和功能三種模型，下圖是其核心模式示意圖：

生成式 AI 模型是從頭設計技術的核心，下圖展示了語言模型、擴散模型和混合模型三類生成式 AI 設計抗體的原理：

三、技術迭代：抗體藥物的未來在哪？

每種技術都有自己的優(yōu)缺點：雜交瘤技術經(jīng)典但需人源化，噬菌體展示技術高效但有庫偏向性，轉基因小鼠成本高，單細胞 B 細胞技術受限于樣本，而從頭設計技術雖前沿，但還需解決抗體功能預測的難題。

未來，抗體研發(fā)的趨勢是多技術融合：比如把噬菌體展示的體外篩選和 AI 從頭設計結合，先用 AI 設計抗體序列，再用噬菌體展示驗證功能；或者用單細胞 B 細胞技術快速獲取抗體序列，再用 AI 優(yōu)化親和力和穩(wěn)定性。

同時，抗體的工程化改造也在不斷升級，比如 Fc 段修飾、半衰期延長、糖基化改造等，讓抗體不僅能精準靶向，還能更持久、更高效地發(fā)揮作用。從鼠源到全人源，從天然篩選到 AI 設計，單克隆抗體的研發(fā)之路，正朝著更精準、更高效、更個性化的方向前進。