探究生物科学的未来

探究生物科学的未来
　　直到19世纪90年代初，Karl Landsteiner通过抗体来确定苯环上邻位和间位取代基团的构象时，人们才认识到抗体可以被用作一种潜在的研究工具。与此同时，Emil von Behring和Shibasaburo Kitasato证明了针对白喉和破伤风毒素的抗体具有免疫性，从而将Paul Ehrlich关于抗体可作为“魔术子弹”针对性治疗人体疾病的学说推向极致。 
　　在随后的80年里，人们在对体内免疫球蛋白分子的结构和功能的理解方面又取得了诸多进展。但是直到20世纪70年代才将其用于应用研究。随着单克隆抗体、酶法检测和荧光标记技术的出现，抗体的研究终于进入全盛时期。抗体在免疫组化、免疫印迹、酶联免疫吸附（ELISA）以及免疫沉降方面的应用，彻底改变了我们对生物系统的研究方式。单克隆抗体在治疗方面的商品化也为药物和生物技术产业开辟了新的有利可图的市场。现在，世界各地数百家公司都能提供抗体，以满足研究、商业和治疗需要。  酸碱计| 糖度计| 盐度计| 酸碱度计| 电导计| 水分测定仪| 浊度计| 色度计| 粘度计| 折射计| 滴定仪
1 Millipore的抗体故事 
　　在抗体研究早期成立的一些公司，如Upstate, Chemicon和Linco（都是Millipore 公司（Billerica, MA）的一部分），主要从事注册和开发新的抗体工具，并将它们销售给科研机构。Upstate公司是由W. Alton Jones 细胞科学中心的 Gordon Sato博士和Wallace McKeehan博士于1987年建立的。该公司采用了一种新颖的注册模式，以提供独特的细胞信号靶标物以及第一批商品化的激酶。通过与市场上最权威的验证机构的合作，该公司很快成为可以提供最新的、经过验证的抗体、蛋白质和激酶的专业公司。 
　　Chemicon公司的成功也是建立在抗体的基础上。该公司是由Dave Beckman于1983年创建的。起初是为一些被要求提供大量自制抗体所累的科学家提供委托加工服务，后来该公司很快就拥有了自己的抗体产品，并将其业务扩展到供应体外诊断试剂、新型靶标如NeuN、干细胞相关试剂盒和试剂。 
　　Linco Research公司是由Ronald Gingerich博士于1977年创建的。其先期的工作是制备稀释的、可直接使用的一抗和二抗，后来该公司发展到为糖尿病研究提供专用工具。在20世纪90年代初期，Linco公司开始生产为生物分析提供服务支持的诊断试剂盒，并将业务迅速扩展到临床实验的外包服务。随着新的放射免疫分析（RIA）和ELISA试剂盒，以及针对单个样品中多种组分进行多元分析技术的成功研发，2002年又成立了Linco Diagnostic Services Inc。新公司主要致力于为创新研究、常规研究以及临床诊断测试提供临床和生物分析服务。 
　　上述三家公司的成功和发展促成了Serologicals 公司的成立。该公司于2006年被Millipore公司兼并。新产品的注入大大增强了Millipore生物科学部的实力，使其处于高速成长的生命科学领域，如药物开发、抗体、细胞生物学试剂以及干细胞研究的领先地位。尤其是抗体产品的引入使该公司已有的免疫检测部门如虎添翼，进一步促进了新技术平台和不同研究领域中诸多创新产品的出现。 
　　Millipore公司基于抗体产品的部门与其他供应商有显著的不同。它能提供跨越主要学科（如神经科学、细胞信号转导、核功能、凋亡、粘附和细胞结构）以及和疾病（如癌症、心血管病、神经退行性疾病和炎症）密切相关的各种产品。并在每一方面都有一系列的产品，包括抗体、ELISAs、多元检验及其他检测化验产品。由于拥有超过8,000种基于抗体的产品，Millipore公司已成为能够为需要通过使用多种技术平台发现靶标物的诸多学科提供服务的领导源泉。 
2 检测研究--抗体的应用 
　　从事蛋白质研究的人都知道，即使最好的抗体也只不过能达到与免疫检测系统相当的检测效果。除了提高抗体的亲和性、稳定性和特异性，发展用于检测抗原-抗体相互作用的新技术，对于推动蛋白质研究起着至关重要的作用。 
2.1 免疫印迹 
　　免疫印迹技术的发展加快了基于抗体的研究工作。该技术被用来检测蛋白质的存在，并且在未经纯化时对它们的相对量进行比较。其广受欢迎的原因在于它简单、易于在膜转印前与可进行蛋白质高效分离的十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）联用。 
　　尽管免疫印迹技术的灵敏度和灵活性都得到了不断提高，但在应用方面的进展仍很缓慢。SNAP i.d.TM蛋白质检测系统（Millipore）试图通过将免疫检测（封板、清洗和孵化）时间缩短到30 min，而检测结果与传统方法相似甚至更好来加快免疫印迹技术的变革。由于在仪器设计上的改进，该系统在一次运行中可以使用更少量的抗体在不同体积的多个印迹点上进行反应。由于与荧光、化学发光或生色检测法相匹配（采用荧光检测的一个实验如图1所示），SNAP i.d.TM系统可在较宽的灵敏度范围内有效地检测多种蛋白质（如图2所示）。 

2.2 MILLIPLEX TM MAP 
　　基于微珠的多元免疫分析是指基于抗体微阵列来分析复杂的生物响应。多元检测最初用于在一个可重复使用的平台上高特异性、高灵敏地同时检测多个体积小的目标分析物,但在后基因组时代，人们发现蛋白质在多个生物通路及复合体中发挥作用，因此多元检测变得更加重要。基于微珠的多元免疫分析技术，如Luminex xMAP 技术 (Luminex Corp., Austin, TX)，不仅可以对感兴趣的蛋白质进行检测和定量，而且也可给出高达100个独特分析物中的蛋白质-蛋白质相互作用情况。 
　　这些检测方法主要基于与微珠结合的独特的抗体对。它们具有可与在某种疾病状态、表达谱、治疗阶段或生物过程（细胞因子生物学）中多个感兴趣的靶标物结合的开放式结构。由于供应商可提供多种抗体对组合，这些检测技术已经成为生物标记物发现、早期癌症分析和检测、创伤和治疗以及其他病理状态检测的工具。 
　　MILLIPLEX MAP Human Cancer Biomarker Panel (Millipore) 就是这类试剂盒中的一种。它是 Millipore公司与耶鲁大学Gil Mor博士（妇产科和生殖科学系, 耶鲁大学医学院, New Haven, CT)联合开发的。该试剂盒可同时检测5种血清生物标志物，其中包括巨噬细胞迁移抑制因子（MIF)、催乳激素、CA-125、瘦素和骨桥蛋白 (OPN)。此外，对标记物IGF-II的检测被认为是在卵巢癌诊断方面取得的重大进展。这些生物标志物的含量随着体内癌细胞的存在而变化（如图3所示）。如图4的标准曲线所示，采用Biomarker Panel试剂盒可以在较宽的浓度范围内对血清蛋白质进行检测。 

3 蛋白质组的挑战--一种蛋白，一种抗体 
　　由于需要通过某些试剂来了解蛋白质的功能及其与多种翻译后修饰（如磷酸化、糖基化、甲基化、泛素化等）间的关系，蛋白质组学给抗体带来了光明的前景。基于抗体的蛋白质组学方法，如微阵列、多元检测、ELISAs及质谱分析前的富集/去除等都已经成为常规方法。因此，人们对通过发展新颖独特的蛋白质靶标以发现与疾病相关的生物标志物提出了更多的需求。尽管多个社团、组织和商业公司都致力于开发用于蛋白质组学和蛋白质研究的新型抗体靶标，但仍然难以获得一个基于已知种类蛋白质翻译后修饰的完整蛋白质表达文库。 
　　由于人类蛋白质组中可能存在上百万个不同种类的蛋白质，因而在治疗和疾病研究领域尤其迫切需要能够识别每一种蛋白质的独特抗体。随着人们对定量分析和临床检测需求的不断增加，一些成熟的技术，如磁珠、质谱、流式细胞仪及多种微分离手段的使用，将会推动抗体的相关研究的发展。药物开发、研究和临床应用中对抗体需求的不断增加，必将继续促进研究人员不断了解在天然状态下蛋白质是如何相互作用的。