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抗体发现中抗原特异性细胞的精确筛选:一种用户友好的过程以挖掘更深层次的免疫库

期刊:Communications BiologyDOI:10.1038/s42003-022-04129-7

这篇文档属于类型a,是一篇关于抗原特异性B细胞富集技术的原创研究论文。以下是针对该研究的学术报告:


1. 主要作者及机构
本研究的通讯作者为Ankit Mahendra和Partha S. Chowdhury,研究团队来自美国Sanofi公司的大型分子研究部门(Large Molecule Research)、免疫与炎症研究部门(Immunology & Inflammation Research)以及分子表达与筛选技术部门(Molecular Expression and Screening Technologies)。研究于2022年发表在期刊*Communications Biology*上,标题为《Honing-in antigen-specific cells during antibody discovery: a user-friendly process to mine a deeper repertoire》。


2. 学术背景
科学领域:本研究属于抗体发现与免疫学领域,聚焦于从免疫动物中高效筛选抗原特异性B细胞的技术优化。
研究动机:传统抗体发现技术(如杂交瘤、单B细胞克隆或噬菌体展示文库)面临抗原特异性B细胞频率极低(仅占B细胞总数的0.01–0.1%)的挑战,导致筛选效率低下且成本高昂。
研究目标:开发一种基于磁珠分选(MACS)的抗原特异性B细胞富集技术,提升抗体发现的效率与多样性,并验证其在单B细胞克隆和噬菌体展示文库中的应用价值。


3. 研究流程与方法
实验设计:研究分为四个核心步骤:
1. B细胞富集与IgG+亚群分离
- 研究对象:Trianni转基因小鼠(携带人类可变区基因库)的脾脏和淋巴结细胞。
- 方法:通过负向磁珠分选去除非B细胞(如T细胞),再通过抗IgM/IgD抗体去除未成熟B细胞,保留IgG+记忆B细胞(MBCs)。
- 关键技术:使用商业化试剂盒(如EasySep Mouse B-cell Isolation Kit)和自优化抗体组合。

  1. 抗原特异性B细胞富集

    • 抗原处理:靶抗原通过生物素化(biotinylation)标记,结合链霉亲和素磁珠。
    • 分选流程:将生物素化抗原与IgG+ B细胞孵育,通过MACS分选阳性细胞。
    • 创新点:采用“溶液中结合”策略避免抗原固相化导致的构象变化,并加入非靶抗原阻断标签特异性B细胞。
  2. 单B细胞克隆与抗体表达

    • 单细胞分选:通过流式细胞术(FACS)将抗原特异性B细胞分选至96孔板。
    • 基因克隆:从单细胞中扩增IgG重链(VH)和轻链(Vκ)基因,构建线性表达盒(LECs),转染Expi293F细胞表达重组抗体。
    • 高通量筛选:通过ELISA检测抗体与靶抗原的结合活性。
  3. 噬菌体文库构建与比较分析

    • 文库来源:分别从总B细胞(TBC)和抗原特异性B细胞(AGSC)构建噬菌体展示文库。
    • 功能验证:通过噬菌体ELISA、下一代测序(NGS)和功能实验(如受体拮抗试验)比较两类文库的多样性及功能性克隆频率。

数据分析
- 序列分析:使用IMGT和内部开发的生物信息学工具注释V基因家族、CDR多样性及克隆型。
- 功能评估:通过热稳定性(nanoDSF)、亲和力(Octet)和细胞功能实验(如细胞因子抑制)验证抗体性能。


4. 主要结果
1. 富集效率:抗原特异性B细胞的富集率高达51–88%,远高于传统方法的5%。流式分选的细胞损失仅约2%。
2. 单B细胞克隆:从富集细胞中成功表达的重组抗体中,靶标结合阳性率显著提升(如抗原B达88%)。
3. 噬菌体文库比较
- AGSC文库的抗原结合克隆频率是TBC文库的3倍(29 vs. 9个克隆)。
- AGSC文库展示更高的VH/Vκ配对多样性(7种独特组合 vs. TBC的3种)。
- 功能克隆比例在AGSC文库中更高(39% vs. TBC的25%)。
4. 功能优势:保留天然链配对的克隆(如单B细胞来源)具有最佳功能活性,其次是AGSC文库的克隆。


5. 结论与价值
科学意义
- 提出了一种高效、温和的抗原特异性B细胞富集技术,解决了传统流式分选(FACS)的细胞损伤与低通量问题。
- 证实富集后的B细胞可显著提升抗体发现的效率,并为保留天然链配对提供了技术保障。
应用价值
- 该技术可整合至杂交瘤、微流控抗体发现等平台,缩短研发周期并降低成本。
- 为挖掘稀有功能性抗体(如抗HIV广谱中和抗体)提供了新策略。


6. 研究亮点
1. 技术创新:首次将MACS与溶液中抗原结合结合,实现高通量、低损伤的B细胞富集。
2. 数据全面性:通过5种不同抗原验证技术的普适性,并结合NGS深入分析克隆多样性。
3. 跨平台适用性:证明技术可适配单B细胞克隆、噬菌体展示等多种抗体发现平台。


7. 其他价值
- 研究揭示了记忆B细胞(MBCs)在抗体发现中的核心地位,为未来免疫学研究提供了新视角。
- 公开的实验流程(如生物素化抗原制备、LECs构建)具有高度可重复性,可供同行直接参考。


此研究为抗体工程领域提供了方法论突破,其技术框架有望成为工业化抗体发现的标准化流程。

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