血浆中的抗体不计其数,种类约有10的7-8次方之多。如何在其中找到新冠病毒的中和抗体呢?
“我们需要走另外一个途径,那就是先找到产生抗体的细胞。”
在日前举办的《理解未来》app讲座上,北京大学李兆基讲席教授、北京大学生物明升手机版前沿创新中心主任谢晓亮介绍了app家们通过单细胞基因组学技术寻找新冠病毒中和抗体的进程。
众所周知,此次疫情中,康复期血浆在危重症患者的救治中起到了突出作用。但康复期血浆本身是稀缺资源,且因成分复杂而存在一定风险。
“康复期病人血浆中的关键成分是免疫系统产生的某种抗体。”谢晓亮说,“中和抗体的作用是牢牢地结合到病毒上,改变它的功能,阻止它侵入细胞。我们的目标是快速找到并制备出高纯度的中和抗体,作为药物,代替血浆给病人注射。”
人体内有两大免疫细胞,T细胞和B细胞,其中能产生抗体的是B细胞。每个B细胞只能生产一种特定抗体,用传统技术去寻找能产生新冠病毒抗体的B细胞,不啻于大海捞针。早在大年初三,谢晓亮与他课题组的曹云龙博士等就已经回到北京大学的实验室,希望能发挥所长助力抗疫。当意识到单细胞基因组学技术可能为寻找中和抗体提供一条“快车道”时,他们开始构思实验方案并着手准备工作。2月2日,谢晓亮团队与北京佑安医院开展合作,由佑安医院提供康复期病人的血样。
通过高通量单细胞测序技术,他们从康复期患者血液里成千上万的B细胞中,把单个B细胞分离出来,通过测定每个细胞的转录组来锁定产生中和抗体的记忆B细胞。然后筛选被富集的记忆B细胞,拿到相关基因序列后,就可以在体外生产相应的抗体。
用这种方法,他们获得了一些与新冠病毒S蛋白有很强结合力的抗体,也筛选出几个中和抗体。但这种方法的效率依然不高。谢晓亮曾在哈佛大学指导的博士生张旭加入团队后,用连接有新冠病毒S蛋白或受体结合域(RBD)的小磁珠,把具有相应结合能力的记忆B细胞从血液中“钓”出来,大大提高了筛选效率。
经检测,他们找到的抗体与新冠病毒S蛋白的结合常数是40pM,结合效率远远高于竞争者——新冠病毒在人体中的天然受体ACE2。
在进一步的中和实验中,他们发现当筛选出的中和抗体浓度较高时,病毒感染能被有效抑制。“这是最近从P3实验室得到的体外实验数据,让我们非常高兴。”谢晓亮说。
目前该团队已从70个康复期患者血浆里的三十万个B细胞中,筛选出300个富集度最高的IgG抗体序列。根据这些序列生产出的300个抗体蛋白正在测试,已经发现多个具有出色中和活性的抗体。后续动物试验已在筹划中,临床试验是下一步。
“筛选出的中和抗体有两个应用:一是可以用于新冠肺炎的中和抗体治疗,更安全且针对性强。二是用于短期预防,保护我们的医护人员和病人家属,有效期大概3周,经过抗体改造有可能延长至3个月。”谢晓亮说,“国内另外几个团队也一直在寻找中和抗体。我们的目标都是一致的,希望找到最好的抗体,尽早成药!”
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