นำเรื่อง

Antibody ที่ใช้ในการศึกษาวิจัย การตรวจวิเคราะห์ และการรักษาโรคนั้นอาจแบ่งออกได้เป็น ๒ ประเภท คือ โพลีโคลนอล แอนติบอดี (polyclonal antibody) และ โมโนโคลนอล แอนติบอดี (monoclonal antibody) โดย polyclonal antibody ประกอบด้วยกลุ่มโมเลกุลของ antibody ที่มีความหลากหลายในการจับกับส่วนต่างๆของ antigen หนึ่งๆ โดยแต่ละโมเลกุลของ polyclonal antibody มีโครงสร้างในส่วน variable region แตกต่างกันและมีความเฉพาะเจาะจง (specificity) และความสามารถในการจับกับ antigen (affinity) แตกต่างกัน   antibody ที่เตรียมได้จาก serum ของสัตว์ที่ได้รับการกระตุ้นภูมิคุ้มกันด้วยสารชนิดต่างๆเป็น antibody ชนิดนี้  ส่วน monoclonal antibody นั้นเป็นโมเลกุลของ antibody เพียงชนิดเดียว มีส่วนโครงสร้างที่ทำหน้าที่ในการจับกับ antigen (antigen binding site) เดียว จึงสามารถจับกับส่วนเล็กๆส่วนเดียวบน antigen ซึ่งอาจเรียกส่วนของ antigen ที่โมเลกุลของ antibody แต่ละโมเลกุลจับได้ว่า epitope  ดังนั้นจึงเห็นได้ว่า polyclonal antibody ก็คือกลุ่มของ monoclonal antibody ต่างๆที่สามารถจับกับ antigen ชนิดหนึ่งๆนั่นเอง

ทั้ง polyclonal และ monoclonal antibody  เป็นสารทางชีวภาพที่มีความสำคัญเป็นอย่างยิ่งในงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ชีวภาพหลายด้าน [1, 2]   ทั้งที่เกี่ยวกับการทำงานของยีน โปรตีน หรือกลไกการทำงานของเซลล์ในสภาวะปกติและในสภาวะที่เกิดโรคชนิดต่างๆ  โดย สามารถใช้เป็นตัวตรวจสอบในงานวิจัยที่ต้องใช้เทคนิคทาง western blot analysis  การตรวจสอบทาง ELISA การย้อมเซลล์เพื่อศึกษาตำแหน่งของโมเลกุลที่สนใจ (immunocytochemistry) หรือการแสดงออกของยีน รวมทั้งการใช้ในการแยกสารให้บริสุทธิ์โดยวิธีการโครมาโตกราฟฟี (affinity chromatography)  การตกตะกอนโปรตีนด้วย antibody  (immunoprecipitation) การคัดเลือกเซลล์ (cell sorting) [3, 4]   หรือแม้แต่การใช้เป็นตัวช่วยให้สามารถสร้างผลึกของโปรตีนที่อยู่บนผนังเซลล์ เพื่อใช้ในการศึกษาโครงสร้าง 3 มิติด้วย [5-9]  นอกจากนั้นแล้วยังสามารถประยุกต์ใช้ในงานตรวจวิเคราะห์ต่างๆ (diagnostic antibody)  ทั้งการตรวจโรคชนิดต่างๆ และการตรวจหาสารปนเปื้อน [10-13]   และในเวลาไม่นานมานี้ยังได้มีการเริ่มใช้ antibody เป็นสารสำหรับการรักษาโรค โดยเฉพาะโรคมะเร็งชนิดต่างๆ (therapeutic use) [13-15]   ดังนั้นจึงเห็นได้ว่า antibody เป็นสารทางชีวภาพที่มีประโยชน์อย่างยิ่งในการค้นคว้าวิจัย ทั้งการวิจัยพื้นฐานและการวิจัยประยุกต์ด้านต่างๆ

โพลีโคลนอล แอนติบอดี [2]

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นแล้วว่า polyclonal antibody ประกอบด้วยกลุ่มโมเลกุลของ monoclonal antibody ที่มีความหลากหลายในการจับกับส่วนต่างๆของ antigen  แต่ละโมเลกุลมีโครงสร้างในส่วน variable region แตกต่างกันและมีความเฉพาะเจาะจง (specificity) และความสามารถในการจับกับ antigen (affinity) แตกต่างกัน  ในธรรมชาติเมื่อร่างกายของสัตว์ผลิต antibody ต่อสารชนิดหนึ่งนั้นจะมีประชากรของ antibody ในลักษณะที่เป็น polyclonal  ดังนั้นจึงเห็นได้ว่า antibody ที่ถูกผลิตขึ้นในช่วงแรกซึ่งเป็น antibody ที่เตรียมได้จาก serum ของสัตว์ที่ได้รับการกระตุ้นด้วย antigen ชนิดต่างๆนั้นจึงเป็น polyclonal antibody  โดยจะเป็นประชากรของโมเลกุล immunoglobulin ชนิด Ig G เพราะเป็นชนิดของ immunoglobulin ที่สร้างจากเม็ดเลือดขาวประเภท B lymphocyte ที่พบใน serum ของสัตว์  ในปัจจุบัน polyclonal antibody ยังเป็นที่นิยมใช้ในการทดลองวิจัย ใช้เป็นสารตรวจวิเคราะห์เช่นในชุดตรวจสอบการตั้งครรภ์  ชุดตรวจสอบสารปนเปื้อนชนิดต่างๆ และชุดการตรวจวินิจฉัยโรคติดเชื้อ รวมทั้งใช้ในการรักษา เช่นใช้ฉีดรอบแผลผู้ป่วยที่ถูกสุนัขบ้ากัด  ทั้งนี้เนื่องจาก polyclonal antibody มีคุณสมบัติที่ดีคือมีความแรงในการจับ (affinity) สูงเนื่องจากสามารถจับกับหลายส่วนบนโมเลกุลของ antigen จึงทำให้เพิ่มความไว (sensitivity) ในการตรวจสอบ  รวมทั้งยังมีคุณสมบัติในการยับยั้งความเป็นอันตรายของเชื้อโรค หรือสารพิษต่างๆ เช่นพิษงู  (neutralization activity) จึงสามารถนำมาใช้ในกรณีที่ต้องการใช้ในการรักษาอาการที่เกิดจากการติดเชื้อโดยเฉพาะในโรคติดเชื้อจากไวรัสซึ่งส่วนใหญ่แล้วยังไม่มียาที่สามารถใช้รักษาได้  หรือจากการถูกสัตว์มีพิษกัด  อย่างไรก็ตามข้อจำกัดที่สำคัญคือของ polyclonal antibody คือปริมาณที่จำกัด  เพราะในการเตรียมแต่ละครั้งต้องสกัดเอามาจาก serum ของสัตว์  โดยสัตว์ที่เป็นที่นิยมใช้ในการเตรียม polyclonal antibody ได้แก่ กระต่าย  ม้า  วัว  แพะ  ถึงแม้สัตว์ที่ใหญ่จะให้ปริมาณ serum และ antibody มากกว่าแต่ในที่สุดแล้ว antibody ที่เตรียมได้ก็จะหมดไป  เมื่อต้องการผลิตเพิ่มก็มีความจำเป็นที่จะต้องเริ่มต้นกระตุ้นภูมิคุ้มกันสัตว์ตัวใหม่ ด้วยเหตุนี้จึงทำให้เกิดความไม่แน่นอนในคุณภาพของ antibody ที่เตรียมได้ในแต่ละครั้ง (batch to batch variation)  ส่วนในกรณีที่ต้องการเตรียม polyclonal antibody ของคนเพื่อการรักษา (therapeutic reagent) นั้นจะทำให้เกิดอาการข้างเคียงเพราะร่างกายเกิดปฏิกิริยาภูมิแพ้เพื่อต่อต้าน immunoglobulin จากสัตว์ซึ่งถือเป็นสิ่งแปลกปลอมของร่างกาย ซึ่งปฏิกิริยาภูมิแพ้นี้จะมีอาการรุนแรงมากในครั้งที่ ๒ ที่ได้รับการฉีด immunoglobulin จากสัตว์ชนิดเดียวกัน เช่นในผู้ที่ถูกงูกัดมากกว่า ๑ ครั้งขึ้นไป  จึงถือว่าเป็นข้อจำกัดที่สำคัญในการใช้ polyclonal antibody เพื่อการรักษา  ส่วนการผลิต polyclonal antibody จากคนนั้นสามารถทำได้ในปริมาณจำกัด และมีราคาสูงมาก  รวมทั้งยังพบว่าอาสาสมัคร (volunteer) ที่ได้รับการกระตุ้นภูมิคุ้มกันไปสักระยะหนึ่งมักจะเกิดอาการดื้อ (immuno-tolerance) คือจะหยุดการผลิต antibody จึงไม่สามารถใช้เป็นแหล่งผลิตได้ต่อไป  นอกจากนั้นแล้วความสามารถในการจับของ polyclonal antibody มักจะไม่จำเพาะเจาะจงสูงเท่า monoclonal antibody  คือมีความสามารถในการข้ามไปจับกับเป้าหมายอื่นด้วย (cross-reactivity)   อย่างไรก็ตามความสามารถในการมี cross reactivity นี้อาจนำมาใช้ให้เกิดประโยชน์ได้เช่นกันคือใช้ในการตรวจหาสารโดยเฉพาะโปรตีนที่มาจากสิ่งมีชีวิตคนละ genus หรือ species ที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกันโดยเฉพาะในการวิเคราะห์ทางชีวเคมีเช่น western blot analysis, immunoprecipitation, หรือ immunocytochemistry 

ด้วยข้อจำกัดหลายประการของ polyclonal antibody ทั้งในด้านความไม่เพียงพอต่อการนำไปใช้ในด้านต่างๆ ความไม่จำเพาะเจาะจง และความแปรปรวนในคุณภาพของ antibody แต่ละ batch ที่ผลิต รวมทั้งข้อจำกัดในการใช้เป็น therapeutic reagent จึงทำให้มีความพยายามที่จะผลิต antibody อีกประเภทหนึ่งที่จะช่วยแก้ปัญหาที่เกิดจากข้อจำกัดประการต่างๆของ polyclonal antibody นั่นคือการผลิตเป็น monoclonal antibody ดังที่ได้กล่าวไว้ใน blog ถัดไป

เอกสารอ้างอิง

[1] Coe Clough, N. E., Hauer, P. J., Using polyclonal and monoclonal antibodies in regulatory testing of biological products. ILAR J 2005, 46, 300-306.

[2] Lipman, N. S., Jackson, L. R., Trudel, L. J., Weis-Garcia, F., Monoclonal versus polyclonal antibodies: distinguishing characteristics, applications, and information resources. ILAR J 2005, 46, 258-268.

[3] Ed Harlow, David L., Using Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York 1998.

[4] Howard, G. C., Kaser, M. R. (Eds.), Making and Using Antibodies: A Practical handbook, CRC 2006.

[5] Jiang, Y., Lee, A., Chen, J., Ruta, V., et al., X-ray structure of a voltage-dependent K+ channel. Nature 2003, 423, 33-41.

[6] Lange, C., Hunte, C., Crystal structure of the yeast cytochrome bc1 complex with its bound substrate cytochrome c. Proc Natl Acad Sci U S A 2002, 99, 2800-2805.

[7] Ostermeier, C., Harrenga, A., Ermler, U., Michel, H., Structure at 2.7 A resolution of the Paracoccus denitrificans two-subunit cytochrome c oxidase complexed with an antibody FV fragment. Proc Natl Acad Sci U S A 1997, 94, 10547-10553.

[8] Ostermeier, C., Iwata, S., Ludwig, B., Michel, H., Fv fragment-mediated crystallization of the membrane protein bacterial cytochrome c oxidase. Nat Struct Biol 1995, 2, 842-846.

[9] Zhou, Y., Morais-Cabral, J. H., Kaufman, A., MacKinnon, R., Chemistry of ion coordination and hydration revealed by a K+ channel-Fab complex at 2.0 A resolution. Nature 2001, 414, 43-48.

[10] Borrebaeck, C. A. K., Antibodies in diagnostics - from immunoassays to protein chips. Immunology Today 2000, 21, 379-382.

[11] Laurino, J. P., Shi, Q., Ge, J., Monoclonal antibodies, antigens and molecular diagnostics: a practical overview. Ann Clin Lab Sci 1999, 29, 158-166.

[12] Rangnoi, K., Jaruseranee, N., O'Kennedy, R., Pansri, P., Yamabhai, M., One-Step Detection of Aflatoxin-B(1) Using scFv-Alkaline Phosphatase-Fusion Selected from Human Phage Display Antibody Library. Mol Biotechnol 2011.

[13] Waldmann, T. A., Monoclonal antibodies in diagnosis and therapy. Science 1991, 252, 1657-1662.

[14] W., P., E. F. L. J., A., Mutarotation and actions of acids and bases, in the carbohydrates chemistry and biochemistry, in: W., P., Horton, D. (Eds.), Acadamic Press, New York 1972.

[15] Winter, G., Milstein, C., Man-made antibodies. Nature 1991, 349, 293-299.