Antikörper – Ein Überblick

In der Diagnostik, in der Therapie oder der Forschung – überall nutzen wir täglich Antikörper. Doch was sind Antikörper eigentlich und wozu benötigen wir Sie?

 

Was sind Antikörper?

Antikörper sind Proteine, die vom Immunsystem hergestellt werden, wenn Fremdstoffe wie Bakterien, Viren oder Toxine in den Körper eindringen. Durch die Bildung von Abwehrstoffen (Antikörper), die spezifisch gegen diesen Eindringling (Antigen) reagieren, ist der Körper in der Lage, das Antigen unschädlich zu machen. Diese besonders spezifische Bindungsfähigkeit macht Antikörper so wichtig für Diagnostik und Forschung.

Wozu benötigen wir Antikörper?

Antikörper werden heute für viele Anwendungsgebiete eingesetzt. In der Forschung sind Antikörper für zahlreiche Verfahren nötig, beispielsweise für Western Blots, Radioimmunoassays oder ELISA's. Aber auch immunhistochemische Untersuchungen, FACS und die Immunpräzipitation nutzen Antikörper für den Nachweis. Ausserdem finden Antikörper in der medizinischen Diagnostik und Therapie vielfache Anwendungen:

• im HIV Test
• in Schwangerschaftstests (humane Choriongonadotropin)
• zur Behandlung von multipler Sklerose (Natalizumab)
• zur Behandlung von Osteoporose (Romosozumab)
• oder auch zur Migräneprophylaxe (Fremanezumab)

 

Was ist der Unterschied zwischen monoklonalen und polyklonalen Antikörpern?

In einer normalen Abwehrreaktion werden gleichzeitig zahlreiche verschiedene Antikörper (polyklonale Antikörper) gegen dasselbe Antigen gebildet. Polyklonale Antikörper wirken also immer gegen das selbe Antigen, binden jedoch an viele unterschiedliche Epitope. Diese Eigenschaft kann in einigen Anwendungen ein Vorteil sein, da das breite Bindungsspektrum zu einem stärkeren Signal als bei monoklonalen Antikörpern führen kann. Vor allem beim Nachweis von geringen Proteinmengen ist die Multi-Epitop-Spezifität ein Vorteil.

Andererseits kann es passieren, dass sich Protein-Sequenzen stark ähneln und der Antikörper dann unspezifisch bindet, was wiederum zu ungewünschten Kreuzreaktionen führt. Mit einer Affinitätsreinigung kann diese Gefahr zum Glück stark verringert werden. Ausserdem sind polyklonale Antikörper im Allgemeinen günstiger.

Monoklonale Antikörper sind im Gegensatz hochspezifisch und wirken nur gegen ein einziges Epitop. Dadurch erhält man wesentlich weniger unspezifische Bindungen und weniger Kreuzreaktionen. Dadurch sind sie bei Assays, die eine Quantifizierung der Proteingehalte erfordern, häufig sensitiver. Sie sind in der Herstellung teurer als polyklonale Antikörper, haben jedoch den Vorteil, dass sie therapeutisch angewendet werden können.

Monoklonale Antikörper werden häufig durch die Immunisierung einer Maus gewonnen und müssen gentechnisch zunächst optimiert werden, damit der Körper diese nicht abstösst. Die „Mausbestandteile“ im Antikörper werden fast komplett durch menschliche Sequenzen ersetzt und ein humanisierter monoklonaler Antikörper wird generiert. Dieser bewirkt keine Immunreaktion des menschlichen Körpers mehr und findet dann vor allem in der Krebstherapie Verwendung. Da die Nebenwirkungen von monoklonalen Antikörpern in der Regel sehr viel geringer sind als die der herkömmlichen Medikamente, sind sie die Zukunft der modernen Medizin.

Was sind rekombinante Antikörper?

Rekombinante Antikörper werden durch gentechnische Methoden künstlich produziert. Sie gelten als Weiterentwicklung der polyklonalen und monoklonalen Antikörper, da zu ihrer Herstellung keine Versuchstiere benötigt werden. Die Antikörper werden ausschliesslich in vitro hergestellt.

Der Verzicht auf Versuchstiere hat nicht nur moralische Vorteile, sondern sorgt auch für mehr Reproduzierbarkeit und Kontrolle. Die Herstellung ist unabhängig von der Tiergesundheit, dem Immunstatus und der Effizienz des Immunisierungsprogramms. Dadurch entfällt das Problem unterschiedlicher Signalstärken in verschiedenen Herstellungschargen und Resultate sind besser reproduzierbar.

Schätzungen zufolge sind weniger als 50% der bisher genutzten, kommerziell verfügbaren Antikörper tatsächlich spezifisch. Rekombinante Antikörper hingegen sind sequenzdefiniert und dadurch sehr viel reproduzierbarer. Sie können in Grösse und Form angepasst und strukturell verändert werden, dadurch kann jedes Antikörperformat zur Verfügung gestellt werden. Im Gegensatz zu monoklonalen oder polyklonalen Antikörpern gibt es bei der künstlichen Herstellung weniger Grenzen, so können Antikörper gegen toxische, pathogene oder körpereigene Stoffe kreiert werden.

Bisher werden die rekombinanten Antikörper in der Forschung hauptsächlich in der Strukturbiologie, als Nanobodies zur Stabilisierung eines Proteinkomplexes und in Standard-Verfahren wie Western Blots, in der Durchflusszytometrie und Immunchemie eingesetzt. Mittlerweile werden rekombinante Antikörper ausserdem auch therapeutisch in der Behandlung von Multipler Sklerose, Asthma und Alzheimer verabreicht. Ausserdem laufen Untersuchungen für Therapien gegen Krebs, HIV und Herpes simplex.

Was bringt die Zukunft?

Derzeit gibt es mehrere zehntausende monoklonale und noch erheblich mehr polyklonale Antikörper auf dem Markt. Hingegen sind von den rekombinanten Antikörpern leider bisher nur einige tausend erhältlich. In den letzten Jahren wurde das Herstellungsverfahren jedoch immer weiter optimiert und die rekombinanten Antikörper können binnen weniger Wochen und kostengünstig angeboten werden. In naher Zukunft werden also wesentlich mehr rekombinante Antikörper verfügbar sein und das gewaltige Potential ihrer Technologie kann verstärkt genutzt werden.

Es scheint, als wären die rekombinanten Antikörper die Zukunft. Professor Plückthun publizierte im Jahr 2014 einen Artikel in der Fachzeitung Nature, in dem er dies perfekt auf den Punkt bringt: «Es gibt zur rekombinanten DNA-Technologie keine wirkliche Alternative.»

Referenzen: 
A. Bradbury, A. Plückthun and 110 co-signatories. Standardize antibodies used in research, Nature, 4. Februar, 2014.
http://nature.com/articles/doi:10.1038/518027a