Vücudumuza girdikleri anda kendilerine karşı bağışıklık reaksiyonlarının başlamasına sebep olan yapılara antijen, antijenlere bağlanarak onları etkisiz hale getiren makromoleküllere ise antikor diyoruz. Bağışıklık sistemimizin olmazsa olmaz parçaları olan antikorlar, kanımızda dolaşan B lenfosit hücreleri tarafından üretilirler. Antikorların antijenlerle olan savaşı iki temel prensibe dayanır. Bunlardan birisi, antikorların, antijen üzerindeki epitop adı verilen bölgelere bağlanmasıyla antijeni etkisiz hale getirmesiyken, bir diğeri ise antikorların epitoplara bağlanarak bağışıklık sisteminde görev alan diğer hücreleri çağırması ve bu hücrelerin antijeni yok etmesini sağlamasıdır. Vücudumuzda milyarlarca B lenfosit hücresi bulunmaktadır ve her bir B lenfosit hücresi kendine özgü antikorlar üretmektedir.
Antikorların epitoplara bağlanma bölgesine ise paratop adı verilir ve hem epitoplarda hem de paratoplarda özgül aminoasit sekansları bulunur. Bu nedenle yalnızca karşılıklı olarak özgül olan antikorlar ve antijenler birbirlerine zayıf etkileşimler ile bağlanabilirler. Antikorlar, özgüllükleri nedeniyle farklı çeşit ve sayıda üretilerek vücudumuz için geniş çaplı bir koruma sağlarlar.
Monoklonal antikor üretiminde büyük rol sahibi olan ve aynı zamanda immünoglobulin olarak da bilinen antikorların yapısını biraz daha yakından inceleyelim. İnsanlarda IgG, IgM, IgD, IgA ve IgE olmak üzere 5 çeşit immünoglobulin bulunmaktadır. Bunlar arasından IgG, afinitesi ve yarılanma ömrü en yüksek antikor tipi olduğu için kanda en uzun süre kalan immünoglobulindir. Monoklonal antikor üretimlerinde en yaygın olarak kullanılan antikor çeşidi de yine IgG’dir. İmmünoglobulinler, iki ağır ve iki hafif polipeptit zincirinden oluşan makromoleküllerdir ve hem iki ağır zincir arasında hem de ağır zincir ile hafif zincir arasında disülfit bağları bulunmaktadır.
20.yy’ın başlarında bilim insanları, hayvanlara ilgili antijeni enjekte ederek onların antikor üretmesini sağlamış ve daha sonra hayvanların ürettikleri antikorları alarak insanların tedavi edilmesinde kullanmışlardır. Ancak, kullanılan bu yöntem ile elde edilen ve üretilen plazmada poliklonal antikorlar, yani farklı çeşitlerde ve farklı konsantrasyonlarda antikorlar bulunurken, yüksek afiniteye bir başka deyişle yüksek bağlanma gücüne sahip olan antikorların miktarları tatmin edici seviyelerde olmayabiliyordu. Hatta bu şekilde uygulanan poliklonal antikor tedavileri insanlarda istenmeyen yan etkilere yol açabiliyordu.
Monoklonal antikor üretim tekniğinin keşfedilmesiyle birlikte, yüksek afinite ve güçlü etkiye sahip tek bir çeşit antikorun bilim insanları tarafından çok fazla sayıda üretilmesine olanak sağlanmıştır. Bu olayı, bir spor müsabakasında en iyi oyuncunuzu klonlayıp, kadronuzu o oyuncuyla doldurmaya benzetebilirsiniz. Yazının geri kalan kısmında, Cesar Milstein, Niels Jerne ve Georges J.F.Kohler tarafından 1975 yılında keşfedilen ve 1984 yılında Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’ne layık görülen Monoklonal Antikor Üretim Tekniği’nin nasıl uygulandığından, kullanıldığı alanlardan ve bu tekniğin günümüzde hangi aşamada olduğundan bahsedeceğim.
Monoklonal antikor bazlı ilaçların klinikteki yerine ve önemine geçmeden önce, monoklonal antikor üretim sürecinin nasıl işlediğine bir göz atalım. İşe, bilim insanları tarafından istenilen antikorların üretilmesini sağlayacak antijenin, fare kanına enjekte edilmesiyle başlandı ve farenin o antijene karşı antikor üretmesi için yeterli sürenin geçmesi beklendi. Yeterli sürenin geçmesiyle birlikte farenin dalağından, antikorları üretmekle görevli olan B lenfosit hücreleri izole edildi. İzole edilmiş olan B lenfosit hücrelerinin ölmesini engellemek ve çoğalmasını sağlamak amacıyla bu hücreler, sonsuz ömrü ve çoğalma yeteneği olan kanserli plazma hücreleriyle yani miyeloma hücreleriyle birleştirildi. Birleştirme aşamasında her iki hücrenin birbirleriyle kaynaşabilmesi için ortama hücre membran geçirgenliğini artıran polietilen glikol eklendi. Hücre membranlarının geçirgenliklerinin artmasıyla birlikte ortamda miyeloma-miyeloma, B lenfosit-B lenfosit ve B lenfosit-miyeloma gibi birleşmeler meydana gelirken, bazı miyeloma ve B lenfosit hücreleri ise birleşme gerçekleştirmeden kalabildi. Bilim insanlarının elde etmek istediği tek hücre tipi olan B lenfosit-miyeloma birleşmesinden oluşan yeni hücrelere ise “hibridoma” adı verildi. Hibridoma hücreleri, sonsuz bölünme yeteneğine sahip oldukları için, normal şartlarda sınırlı bir ömre sahip olan B lenfosit hücrelerinden daha fazla antikor üretebilme özelliği gösterdiler. Ortamda sadece hibridoma hücrelerinin kalması istendiği için birleştirilme işlemine tabi tutulmuş tüm hücreler HAT (hipoksantin-aminopterin-timidin) içeren bir hücre kültürüne konuldu ve bu sayede hibridoma hücreleri dışındaki tüm hücrelerin ölmeleri sağlandı. Elde kalan birbirinden farklı hibridoma hücreleri ayrı hücre kültürü ortamlarında çoğaltıldı. Daha sonra farklı hücre kültürlerinde çoğalmış olan hibridoma hücrelerinden, ilgili antijene en yüksek afiniteyle bağlanabilen hibridoma hücrelerinin bulunduğu kültür seçilerek bu hücreler in vivo veya in vitro ortamlarda yüksek miktarlarda çoğaltıldı. İstenilen miktarda ve afinitesi yüksek hibridoma hücreleri elde edildikten sonra hücrelerin üretmiş oldukları antikorlar saflaştırılarak ayrı bir şekilde korunmaya bırakıldı.
Tüm bu süreç sonunda, üzerinde çalışılmış olan antijene en yüksek afiniteyle bağlanan, başka bir deyişle o antijeni etkisiz hale getirmekte en başarılı olan antikor seçilerek bu antikorun istenilen miktarda üretilmesi sağlanmış oldu. Fakat bilim insanlarının yaptığı bu çığır açıcı çalışma, oldukça zor ve zahmetli bir süreç gerektirdiği gibi, insanlarda tedavi amaçlı kullanılmaya başlanmasından sonra bir takım yan etkilere yol açmış ve çoğu kişide, kullanılan antikora karşı bağışıklık yanıtı oluşturmuştur.
Tüm bu işlemler sonucunda elde edilen monoklonal antikorlar, fare B lenfosit hücreleri tarafından oluşan hibridomalar tarafından üretildiği için tamamıyla fareye özgüydüler. Bu nedenle, tedavi sırasında kullanılan fare antikorları insanların bağışıklık sistemini, fare antikorlarını etkisiz hale getirmek üzere harekete geçirmiş ve tedavinin verimini büyük oranda düşürmüştü. Oluşan bağışıklık yanıtını azaltmak amacıyla, 1980’li yıllarda rekombinant DNA teknolojisinin de gelişmesiyle birlikte %65-70 insan kökenli “kimerik” antikor ve %90-95 insan kökenli “insansı” antikorlar üretildi ve hastaların tedavisinde kullanıldı. Her ne kadar antikorlardaki insan kökeni yüzdesi arttıkça insanlarda daha az bağışıklık yanıtı oluşmuşsa da ne kimerik antikorlar ne de insansı antikorlar, tamamen insan kökenli veya tamamen fare kökenli antikorlar kadar etkili olabiliyorlardı. Edinilen tüm bu deneyimler ışığında bilim insanları artık tamamen insan kökenli monoklonal antikorlar üretmek gerektiği sonucuna vardılar ve çalışmalarını o yönde sürdürdüler.
Sevindiricidir ki, günümüzde deney farelerinin kullanımını gerektirmeyen ve oldukça önemli bir buluş olan faj gösterim tekniği sayesinde tamamen insan kökenli monoklonal antikorlar üretilebilmektedir. Bugünlerde bilim insanları, antikorların zorlu koşullarda dayanıklılığının ve veriminin artırılmasını sağlamak için çok daha küçük, normal bir antikordan yirmi kat hafif, sadece antijene bağlanma bölgesinden ibaret olan ve üstelik burun spreyi gibi pratik bir şekilde uygulanabilecek yapıda tasarlanan mini-proteinler üreterek daha etkin bir tedavi geliştirmek üzerine çalışıyorlar.
2018 yılında en çok satan on ilaçtan sekizini monoklonal antikor bazlı ilaçlar oluştururken, bu ilaçların toplam hasılatı 122 milyar doları bulmuştu. 2024 yılında da bu miktarın 161 milyar dolar civarında olacağı tahmin edilmektedir. Şunu rahatlıkla söyleyebiliriz ki, monoklonal antikor bazlı tedavilerin geliştirilmesi hız kesmeden devam ederken, bu tedaviler bizlere yakın gelecekte kanserin ve daha birçok hastalığın önüne geçilebileceği yönünde umut vaat etmektedir.
Yazar: Ege Bahçelioğlu
Referanslar ve İleri Okumalar:
Berger, M., Shankar, V., Vafai, A., (2002). Therapeutic Applications of Monoclonal Antibodies. The American Journal of the Medical Science, vol.324, no.1, pp.14-30https://doi.org/10.1097/00000441-200207000-00004
Cao, L., Goreshnik, I., Coventry, B., (2020). De novo design of picomolar SARS-CoV-2 miniprotein inhibitors. Science, vol.370, no.6515, pp.426-431. https://science.sciencemag.org/content/370/6515/426
Immunobiology: The Immune System in Health and Disease. 5th edition. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10770/
Moving Up With The Monoclonals. (19,09,2019) https://www.nature.com/articles/d43747-020-00765-2
Selimoglu,M., Kasap, M., Akpınar, G., Karadenizli, A, (2016, January 31). Yerterday, Today and The Future of Monoclonal Antibody Technology. https://doi.org/10.30934/kusbed.358477
Blog Auraxis 