-
-
Monoklonale Antikörper gegen Digoxin
-
Die Erfindung betrifft Hybridomzellinien, die hochspezifische monoklonale
Antikörper (mAk) gegen Digoxin synthetisieren, monoklonale Antikörper gegen Digoxin,
Verfahren zur Herstellung solcher Hybridomzellinien und Antikörper sowie die Verwendung
der monoklonalen Antikörper zum Nachweis von Digoxin und zur Therapie von Digoxin-Intoxikationen.
-
Die Fusion von Maus-Myelomzellen mit Milzzellen von immunisierten
Mäusen (Köhler und Milstein, Nature 256, 495-497 (1975)) war der erste Hinweis für
die Möglichkeit, kontinuierliche Zellinien zu erhalten, die einheitliche (sog. "monoklonale")
Antikörper produziren. Seitdem sind zahlreiche Versuche unternommen worden, verschiedene
Hybrid-Zellen (sog. "Hybridome") herzustellen und die Antikörper, die von ihnen
gebildet werden, für unterschiedliche wissenschaftliche Untersuchungen einzusetzen
(z.B.: Current Topcis in Micorbiology and Immunology, Vol. 81 -"Lymphocyte Hybridomas",
F. Melchers et al., Springer Verlag, 1978, sowie Referenzen darin; C. Barnstable
et al., Cell 14 9-20 (1978); P. Parham, W.F. Bodmer,
Nature 276,
397-399 (1978); Handbook of Experimental Immunology, 3. Aufl., Bd. 2, D.M. Wier,
Hrsg.
-
Blackwell, 1978, Kapitel 25, Chem. Eng. News, 15-17 (1979)). Diese
Arbeiten schildern die prizipielle Technik zur Produktion monoklonaler Antikörper
durch Hybridome.
-
Monoklonale Antikörper gegen Histokompatbilitätsantigene, gegen Haptene,
Proteine und Enzyme sind erzeugt worden. Es ist jedoch noch kein monoklonaler Antikörper
bekannt, der hoch selektiv mit Diogxin reagiert.
-
Digoxin gehört zu den herzwiksamen Glykosiden. Substanzen dieser Gruppe
wirken positiv inotrop, hemmen die Na + -K + -ATPase und sind chemisch durch die
Cyklopentano-perhydrophenantren-Gerüst charakterisiert, das neben verschiedenen
Substitutionen an den Ringen in 17-Stellung einen ungesättigten Laktonring aufweist.
-
Digoxin ist das therapeutisch am häufigsten verwendete Herzglykosid.
Aufgrund seiner geringen therapeutischen Breite besteht die Gefahr einer Digoxin-Intoxikation.
-
Um dies zu verhindern oder aber eine bereits bestehende Digoxin-Intoxikation
zu diagnostizieren, wurden Radioimmunoassays für die Bestimmung von Digoxin im Serum
etabliert. Die Aussagefähigkeit solcher Testsysteme ist z.T. eingeschränkt, da gezeigt
wurde,
daß mit einer Reihe der auf dem Markt befindlichen Systemen
zuweilen falsch positive Werte gemessen werden, (Graves S.W. et al, Ann. Intern.
Med.
-
99:604 (1983)). Erklären lassen sich diese Befunde durch Kreuzreaktion
der verwendeten Antiseren mit im Serum zuweilen auftretenden Bestandteilen.
-
Die Gefahr falsch positiver Digoxin-Bestimmungen läßt sich durch den
Einsatz hochspezifischer (monoklonaler) anti-Digoxin-Antikörper ausschließen. Solche
Antikörper wären darüber hinaus als Antidot bei Vorliegen einer Digoxin-Intoxikation
geeignet.
-
Die Erfindung betrifft Hybridomzellinien, die hochspezifische monoklonale
Antikörper gegen Digoxin synthetisieren und sezerieren, erhältlich durch Fusion
von Myklomzellen mit Zellen aus Säugetieren, die Antikörper gegen Digoxin produzieren.
-
Bevorzugt betrifft die Erfindungen die Hybridomzellinien 255-J-B-9
und 114-A-E-9, die unter den Nummern 850222/01 und 850222/02 am 22.2.1985 bei der
National Collection of Animal Cell Cultures, PHLS Centre for Applied Microbiology
& Research, Porton Down, Salisbury SP4 OJG, UK hinterlegt wurden.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Herstellung von Hybridomzellinien,
die hochspezifische monoklonale Antikörper gegen Digoxin synthetisieren und sezernieren.
-
Diese Hybridome werden nach der eingangs genannten Methode von Köhler
und Milstein hergestellt. Nach der Immunisierung von Mäusen mit an Rinderserumalbumin
(BSA) gebundenem Digoxin werden die Milzzellen dieser
Mäuse mit
Zellen einer Maus-Myzelomzellinie fusioniert.
-
Die daraus resultierenden Hybridome werden systematisch auf Antikörper
untersucht, die selektiv mit Digoxin reagieren. Auf diese Weise wurden Hybridome
isoliert, die Antikörper gegen Digoxin produzieren.
-
Die erfindungsgemäßen Antikörper können zur Bestimmung von Digoxin
im Serum digitalisierter Patienten verwendet werden. Sie sind somit für aktuelle
diagnostische Zwecke, z.B. zur Uberprüfung des Digoxin Serumspiegels einsetzbar.
-
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Hybridome umfaßt im allgemeinen
die folgenden Schritte: A. Immunisierung von Mäusen mit an Carrierprotein (z.B.
Rinderserumalbumin) gebundenem Digoxin (Digoxin-BSA). Weibliche Balb/c-Mäuse erwiesen
sich hierzu als brauchbar, jedoch können auch andere Mäusestämme verwendet werden.
Das Immunisierungsschema und die Konzentration an Digoxin-BSA sollten so gewählt
werden, daß eine hinreichende Anzahl Antigen stimulierter Lymphozyten gebildet wird.
Drei Immunisierungen im Abstand von 14 Tagen mit 100 g/Digoxin-BSA/Maus/Injektion
in phosphatgepufferter physiologischer Kochsalzlösung erwiesen sich als effektiv.
-
B. Gewinnung der Milzen der immunisierten Mäuse und Herstellung einer
Milzsuspension in einem geeigneten Medium. Ungefähr 1 ml Medium pro Milz ist ausreichend.
Die experimentellen Techniken dazu sind bekannt.
-
C. Fusion der suspendierten Milzzellen mit Maus-Myelomzellen einer
geeigneten Zellinie (z.B.
-
P3X63Ag8), indem man einen geeigneten Fusionspromotor (z.B. Polyethylenglykol)
verwendet.
-
Bevorzugte Fusionspromotoren sind Polyethylenglykole von mittlerem
Molekulargewicht zwischen 1000 und 4000 (z.B. kommerziell erhältliches PEG 1000
etc.). Jedoch können auch andere bekannte Fusionspromotoren benutzt werden. Bevorzugt
wird ein Verhältnis von etwa 10 Milzzellen pro Myelomzelle. Ein Gesamtvolumen von
etwa 0,5 - 1,0 ml Fusionsmedium ist ausreichend für 108 Milzzellen. Es sind viele
für Zellfusionen geeignete Myelomzellen aus Mäusen bekannt und erhältlich, z.B.
von wissenschaftlichen Instituten oder von Zellhinterlegungsinstitutionen.
-
Die verwendete Zellinie soll vorzugsweise einen genetischen Defekt
aufweisen, so daB nicht fusionierte Myelomzellen in einem Selektionsmedium absterben,
während Hybride überleben.
-
Am häufigsten werden 8-Azaguanin-resistente Zellinien, welchen das
Enzym Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyl-Transferase fehlt, und die deshalb in einem
HAT-Medium (Hypoxanthin, Aminopterin, Thymidin) nicht wachstumsfähig sind, benutzt
(Science 145:709, 1064).
-
Vorzugsweise soll die verwendete Myelomzellinie auch vom "non-secreting"-Typ
sein, damit sie nicht selbst Antikörper oder H- bzw. L-Ketten von Immunglobulien
bildet. In gewissen Fällen jedoch können sezernierende Myelomzellen von Vorteil
sein.
-
D. Das Fusionsgemisch (Milz- und Myelomzellen) wird in Einzelgefäße
in einem Selektivmedium verdünnt und kultiviert, so daß die nicht fusionierten Zellen
sich nicht vermehren und in 1-2 Wochen absterben.
-
Die einzelnen fusionierten Zellen werden isoliert indem das Volumen
des Verdünnungsmittels so eingestellt wird, daß eine bestimmte Zahl von Zellen (etwa
1-4) in das einzelne Gefäß (z.B. jede Vertiefung einer Mikrotiterplatte) kommt.
-
E. Nachweis von Antikörpern gegen Digoxin mit einem Solid Phase Radioimmunoassay
(siehe unten).
-
F. Selektion (z.B. durch limitierte Verdünnung) und Klonierung der
Hybridome, die den gewünschten Antikörper produzieren.
-
Ist einmal das gewünschte Hybridom selektioniert und kloniert worden,
kann man den Antikörper auf zwei verschiedenen Wegen produzieren. Monoklonale Antikörper
von sehr hoher Reinheit erhält man, wenn man die Hybridome in einem geeigneten Medium
über eine gewisse Zeit im Vitro kultiviert und den Antikörper aus dem Uberstand
gewinnt. Ein geeignetes Medium und die optimale Kulturdauer sind einfach zu bestimmen.
Diese in vitro-Technik liefert monoklonale Antikörper, die nur mit geringen Mengen
von Proteinen aus dem heterologen Serum (z.B. fötalem Kälberserum) verunreinigt
sind.
-
Um eine wesentlich höhere Konzentration an monoklonalen Antikörpern
mit nur wenig geringerer Reinheit herzustellen, kann man das ausgewählte Hybridom
einer Maus - vorzugsweise einer syngenen oder semisyngenen - injizieren. Dies führt
in der Maus nach einer Inkubationszeit zur Bildung eines Tumors, der hohe Antikörperkonzentrationen
(5-20 mg/ml) im Blut und im peritonealen Exsudat (Ascites) des Wirtstieres freisetzt.
Wenn auch diese Mäuse normale Antikörper in Blut und Ascites haben, so ist deren
Konzentration im Vergleich zu den mAk sehr gering. Der so gewonnene monoklonale
Antikörper hat einen hohen Titer (er ist aktiv in Verdünnungen von 10 3 oder darunter),
und das Verhältnis zwischen spezifischem und nicht-spezifischem Immunglobulin beträgt
etwa 20:1.
-
Beispiel 1 Herstellung der monoklonalen anti-Digoxin Antikörper a)
Herstellung des zur Immunisierung verwendeten Antigens Als Antigen diente ein Digoxin-BSA-Konjugat,
das nach der von T.B. Smith et al. beschriebenen Methode (Biochemistry 9:331 (1979))
hergestellt wurde.
-
b) Immunisierung von Balb/c-Mäusen Weibliche Balb/c-Mäuse wurden intraperitoneal
mit 100 ßg Rinderserumalbumin-Digoxinkonjugat in 0,3 ml komplettem Freund'schen
Adjuvans immunisiert. 14 Tage später erhielten die Tiere erneut 100 Fg des Antigens
intraperitoneal in inkomplettem Freund'schen Adjuvans. 2 weitere Immunisierungen
erfolgten intravenös in 14-tägigen Abständen mit jeweils 50 Ag Antigen in 100 ßl
PBS/Tier. 3 Tage nach der letzten Antigengabe wurden die Milzen der Tiere entnommen.
-
c) Präparation einer Milzzellsuspension Aus den entnommenen Milzen
wurden Einzelzellsuspensionen hergestellt, indem die Organe durch ein Sieb aus rostfreiem
Stahl gepreßt wurden. Die Zellen wurden in Dulbecco's Minimal Essential Medium (DMEM),
das mit 4,5 g/l Glukose, 100 Einheiten/ml Penicillin und 100 ßg/ml Streptomycin
supplementiert war, überführt. Die Zellen wurden 3 mal mit DMEM gewaschen und dann
in gewünschter Konzentration im selben Medium resuspendiert. Im allgemeinen wurden
etwa 108 Zellen pro Milz gewonnen.
-
d) Präparation der Myelomzellen Die hier verwendete Myelomzellinie
X63Ag8.653 ist ein Subklon der Mäusemyelomzellinie P3-X63-Ag 8, die keine schweren
oder leichten Ketten von Immunglobulin exprimiert (J. Immunol. 123:1543-1550 (1980)).
Die Zellen sind gegen 20 Ag/ml 8-Azaguanin sensitiv und können in Medium, das Hypoxanthin,
Aminopterin und Thymidin (HAT) enthält, nicht mehr wachsen. Sie wurden in DMEM,
das mit 4,5 g/l Glukose, 20 mM Glutamin, 1000 Einheiten/ml Penicillin, 100 ßg Streptomycin
und 10 % fötalem Kälberserum supplementiert war (komplettes Medium) kultiviert.
-
Die Myelomzellen waren zum Zeitpunkt der Fusionierung in der logarithmischen
Phase der Zellvermehrung.
-
e) Zellfusion Die Milzzellsuspensionen wurden zu den Myelomzellen
in DMEM ohne Serum mit einem Verhältnis von 10:1 zugegeben und 10 Minuten bei 200
g in Bechern mit rundem Boden zentrifugiert. Nach Absetzen der Zelle wurde der Uberstand
vorsichtig dekantiert.
-
Die Zelle wurde mit 2 ml einer Lösung von Polyethylenglykol vom Molekulargewicht
2000 (verdünnt auf 30 % w/w mit DMEM, pH 7,6) 1 Minute bei 370C inkubiert. Daraufhin
wurden 20 ml DMEM zugegeben, worauf die Zellen über einige Minuten vorsichtig resuspendiert
wurden. Sie wurden dann nochmals 5 Minuten lang bei 200 g zentrifugiert und das
Zellpellet in HAT-Medium in einer Konzen-
tration von 106 Zellen/ml
resuspendiert worauf sie in 1-ml-Anteilen auf Costar-Platten verteilt wurden.
-
f) Selektionierung und Anzucht der Hybridome Nach der Zellfusion wurden
die Zellen in HAT-Medium (Hypoxanthin, Aminopterin, Thymidin) bei 370C mit 5 % CO2
in einer feuchten Atmosphäre kultiviert.
-
Nach einigen Wochen wurden Uberstände von Hydridomzellkulturen auf
das Vorhandensein von anti-Digoxin-Aktivität untersucht.
-
Diejenigen Hybridomzellinien, die positive Resultate im anti-Digoxin-Test
zeigten, wurden zum Klonieren ausgewählt. Dabei wurden die Hybridome einer "Limiting-Dilution"-Technik
unterworden, bei der in 96 Mikrotitervertiefungen im Mittel 0,5 Zellen/ Vertiefung
ausgesät wurden, wobei 105 Mäusethymocyten als "Feeder-Zellen" zugegeben wurden.
-
Die nach diesem Klonierungsverfahren selektionierten Antikörper-produzierende
Zellen wurden vermehrt, eingefroren und in flüssigem Stickstoff in komplettem Medium,
das 25 % fötales Kälberserum sowie 7,5 % Dimethylsulfoxid enthielt, aufbewahrt.
-
g) Herstellung großer Mengen monoklonaler Antikörper Klonierte Hybridome
wurden Mäusen, die mit 0,5 ml Pristan vorbehandelt waren, intraperitoneal injiziert,
um antikörperenthaltende Ascitesflüssigkeit 10-15 Tage danach zu gewinnen. Die Antikörperaktivität
wurde wie unten beschrieben, bestimmt. Wie in Tabelle 1 gezeigt, beträgt der Antikörpertiter
der beiden monoklonalen anti-Digoxin-Antikörper ungefähr 106.
-
h) Bestimmung der anti-Digoxin-Aktivität in Kulturüberständen 100
1 Kulturüberstand wurden auf Mikrotitervertiefungen gegeben, an die Ovalbumin-Digoxin-Konjugat
(5 Ag/ml) 3 Stunden lang bei Raumtemperatur adsorbiert worden war, und die daraufhin
mit Wasser 5 mal gewaschen worden waren. 125Jod-(Ziegen)-anti-Maus-Immunglobulin
(8-10 x 104 cpm) wurde darauf hinzugefügt; danach wurden die Platten 3 Stunden bei
Zimmertemperatur inkubiert. Nach 5maligem Waschen mit destilliertem Wasser wurden
die Vertiefungen der Mikrotiterplatten ausgeschnitten und in einem LKB-Gammazähler
gezählt.
-
Tabelle 1 Isotyp und Titer der Aktivitäten monoklonaler Antikörper
gegen Digoxin Antikörpertiterx (reziprok) Hybridom Isotyp Kulturüber- Ascitesstand
flüssigkeit 114 A-E 9 Ig61 9,1 x 103 2 x 106 255 J-B 9 IgM 7,2 x 103 1 x 106 125
x Antikörpertiter wurde mit dem ( J) anti Maus Ig-Bindungstest bestimmt.
-
Tabelle 2 Kreuzreaktion der monoklonalen anti-Digoxin Antikörper mit
verschiedenen Herzglykosiden.
-
Her zglykos ide anti-Digoxin Antikörper 114 A-E 9 255 J-B 9 Digoxin
1 1 Digoxingenin 15 18 Digitoxingenin 1700 1500 Ouabain - -
Die
Abb. 1 zeigt einen radioaktiven Bindungsinhibitionstest zum Nachweis von Digoxin.
-
In einem radiaktiven Bindungsinhibitionstest wurde versucht, die Bindung
von 3H-markiertem-Digoxin an die mAk 114-A-E 9 und 255 J-B 9 mit verschiedenen Glykosiden
(s. Tabelle 2) zu inhibieren. Die Menge von unmarkiertem Digoxin, die 50 % der Radioaktivität
von der Bindung an die mAk verdrängte, wurde gleich 1 gesetzt. Die Zahlen geben
an, wieviel mal mehr von der jeweiligen Substanz dem Testansatz zugegeben werden
mußte, um eine dem homologen Inhibitor äquivalente Verdrängung zu erzielen. Das
Symbol - bedeutet, daß die Substanzen keine Inhibition zeigten.
-
Auf der y-Achse ist die Bindung in % aufgetragen.
-
Die x-Achse zeigt die Digoxinmenge.
-
Legende zu Abb. 1 Mit den beiden mAk 114-A-E 9
und 255-J-B 9
wurde jeweils ein Bindungsinhibitionstest durchgeführt; bei steigenden Mengen von
unmarkiertem Digoxin wurde die Bindung von 125-J-Digoxin an die entsprechenden Antikörper
bestimmt.
-
Beispiel 2 Charakterisierung der monoklonalen anti-Digoxin-Antikörper
a) Typisierung der monoklonalen anti-Digoxin-Antikörper Die Klassen und Unterklassen
der von den Hybridklonen produzierten Antikörper wurden analysiert.
-
Der jeweilige Antikörper wurde aus dem Kulturtberstand durch Fällung
mit Ammoniumsulfat (40 %ige Sättigung) angereichert und partiell gereinigt.
-
Unter Verwendung von klassenspezifischen anti-Maus-Immunglobul in-Antiseren
wurden die jeweiligen Immunglobulinklassen im Ouchterlony Geldiffusionstest bestimmt.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, gehört der anti-Digoxin-Antikörper 114A-E9 der IgG1-Klasse,
der anti-Digoxin-Antikörßer 255 J-B9 der IgM-Klasse an.
-
b) Kreuzreaktion der Antikörper mit verschiedenen Herzglykosiden Die
Kreuzreaktivität der monoklonalen anti-Digoxin-Antikörper mit verschiedenen Herzglykosiden
wurde mit Hilfe eines radioaktiven Bindungsinhibitionstests ermittelt. Der Test
wird in Phosphat-gepufferter-Kochsalzlösung (PBS), 3 % BSA, 0,1 % NaN3 durchgeführt.
Radioaktiv markiertes Digoxin wird zusammen mit Antikörpern in geeigneter Verdünnung
für 2-16 h bei 40C inhibiert, das Gesamtvolumen beträgt 400 ßl. Beim Bindungsinhibitionstest
enthält der Testansatz (bei gleichem Volumen)
zusätzlich unmarkiertes
Antigen (= Inhibitor) in unterschiedlicher Konzentration. Im zweiten Schritt des
Tests wird dann das nicht an den Antikörper gebundene, radioaktive Digoxin nach
Zugabe von 200 l einer Aktivkohle-Suspension (0,05 M Phosphatpuffer pH 7,4, lmg/ml
Lyosozym, 0,02 % NaN3, 0,75 % Dextran, 7,5 % Norit-A-Aktivkohle) und Inkubation
für 5 min. auf Eis an die Kohle adsorbiert. Anschließend wird die Aktivkohle durch
Zentrifugation für 2 min. bei 5000 g sedimentiert und die Radioaktivität in 500
ßl Uberstand bestimmt. Die Menge an Radioaktivität im Uberstand ist abhängig von
der Konzentration an unmarkiertem Inhibitor in der Probelösung. Gemessen wurde die
Konzentration von verschiedenen Glykosiden, die erforderlich ist, um 50 % des 3H-markierten
Digoxins vom Antikörper zu verdrängen.
-
Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, reagieren beide Antikörper hochspezifisch
mit Digoxin. Da beide monoklonalen Antikörper auch mit Digoxigenin (dem Aglykon
des Digoxingenins) reagieren, scheinen die Kohlenhydratanteile des Digoxins für
die Bindung an die monoklonalen Antikörper nicht essentiell zu sein. Mit dem strukturell
sehr ähnlichen Digitoxin reagieren beiden Antikörper nur schwach, während sie mit
Ouabain keinerlei Raktion zeigen.
-
Beispiel 3 Anwendungen der monoklonalen anti-Digoxin-Antikörper a)
Nachweis von Digoxin im Serum mit monoklonalen anti-Digoxin-Antikörpern Antigene
in hoher Verdünnung lassen sich quantitativ mit Radioimmunoassays bestimmen. Erforderlich
für diesen Test sind hochspezifische Antikörper und ein radioaktiv markiertes Antigen.
Die Bindung des radiaktiv markierten Antigens an den Antikörper läßt sich dosisabhängig
durch nicht radioaktives Antigen inhibieren. Werden definierte verschiedene Konzentrationen
nicht radioaktiven Antigens mit konstanten Konzentrationen an Antikörpern und radioaktiv
markiertem Antigen inkubiert, so läßt sich auf diese Weise eine charakteristische
Eichkurve erstellen (Abb. 1). Unbekannte Mengen an Antigen in Lösung können mit
Hilfe dieser Eichkurve bestimmt werden. Ein Radioimmunoassay basierend auf den monoklonalen
anti-Digoxin-Antikörpern 114-A-E 9 und 125Jod-Digoxin als Tracer ermöglicht den
Nachweis von Digoxin im Serum bis zu einer Konzentration von 20 pg/ml.
-
b) Monoklonale anti-Digoxin-Antikörper als Antidot bei Digital is
-Intoxikation Digoxin besitzt einen hohen therapeutischen Wert.
-
Die Anwendung ist jedoch dadurch erschwert, daß seine therapeutische
Breite relativ eng ist und eine
Digital is-Intoxikation relativ
häufig beobachtet wird. Die monoklonalen anti-Digoxin-Antikörper 114-A-E 9 und 255
J-B 9 sind bei einer Digoxin-Intoxikation als Antidot wirksam. Hunde, die deutliche
Zeichen einer Digoxin-Intoxikation aufwiesen (Rhythmus- und Uberleitungsstörung)
werden durch Gabe von anti-Digoxin-Antikörpern rasch normalisiert.
-
- Leervwsite -