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近期在布鲁克细胞分析的网络研讨会上,范德堡大学疫苗中心(Vanderbilt Vaccine Center, VVC)副主任Robert Carnahan博士和研究助理教授Lauren Williamson博士分享了利用Beacon®快速分离和表征人单克隆中和抗体的经验,以SARS-CoV-2等为例介绍了靶向不同病毒株的科学挑战以及广谱抗体(如阿斯利康的Evusheld)在处理病毒变异中的作用,以及他们在大流行病防护平台(Pandemic Prevention Platform, P3)建设方面取得的成就,以开发针对当前和未来病毒威胁的高效单克隆抗体。
阻止下一场大流行病
须从现在开始
Robert Carnahan博士表示,针对不断出现和快速进化的各种病原体,一方面是疫情当下能够超快速响应,另一方面阻止下一场大流行病须在它爆发之前做好准备。因此,快速开发单克隆抗体的平台是必不可少的。
范德堡疫苗中心(VVC)从2017年开始由美国国防部高级研究计划局(DARPA)支持建设大流行病防护平台(P3),开发从康复患者的PBMCs中筛选具有中和作用的单克隆抗体的技术路线,包括流式细胞单细胞分选路线,单细胞测序路线。到2019年分离了针对流感、埃博拉等多种病毒的中和抗体,经过持续的技术革新改进,将从人PBMCs分离抗体到小鼠及猴子体内功能验证的整个过程从6到18个月缩短至78-90天。
SARS-CoV-2疫情发生后,快速引入了Beacon®单细胞光导平台,仅用56天即完成了从单B细胞筛选抗体先导分子到大小动物体内效果验证。
图1. VVC 人单B细胞抗体发现的三大技术路线
Beacon®单B细胞抗体筛选
相比其它单B细胞筛选路线,在Beacon®的Optoselect®芯片上不仅可以检测结合特异性和结合表位,还可以直接开展功能分析,通过多轮分析筛选出能够结合SARS-CoV-2 刺突蛋白并阻断其与人类ACE2受体相互作用的先导抗体分子。VVC选择其中两个分子(COV2-2130和COV2-2196)授权给阿斯利康进行开发,优化改造为AZD7442长效抗体组合药物(即Evusheld)。
图2. 在Beacon®上筛选具有hACE2中和作用的单抗
图像结果展示了筛选到的两个具有代表性功能的抗体:上排图像对应的抗体具有RBD结合活性但不具有hACE2阻断活性;下排图像对应的抗体同时具有RBD结合活性和hACE2阻断活性。
病毒的不断变异,为治疗性抗体和疫苗的开发带来了挑战。抗病毒目标药物期望的单抗特征,应具备中和能力,另外延长半衰期对预防至关重要,针对RNA病毒可采用抗体组合药物发挥协同效应。利用Beacon®单细胞光导系统,可以筛选针对不同毒株的广谱中和抗体。
图3. 在Beacon®上筛选具有广谱中和作用的单抗
VVC目前已经利用Beacon®平台进行多项病毒中和抗体的开发,包括influenza,Pox,Marburg等。样品采集后仅数天时间内就可以从记忆B细胞分离获得大量具有中和能力的人单克隆抗体,并有助于研究病毒结合域的关键位点,这将为疫苗的设计与治疗性抗体研发提供帮助。
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