书城科普读物科学新知丛书-生理与健康
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第11章 转基因动物(2)

自从单克隆抗体问世以后,为适应各种不同的需求,它的制备技术有了多方面的改进。比如可以用受体和电脉冲使细胞融合,可以将杂交瘤细胞放在发酵罐中培养,可用DNA重组技术,鼠-人嵌合单克隆抗体“裁缝制作”法等来制成单克隆抗体。目前世界上已研制出几千种单克隆抗体,越来越广泛地应用于疾病的诊断和治疗,渗透到生物科学的各个领域。它的用途主要有:

(1)供生物科学基础理论研究:如查明抗原的分子结构,快速分离细胞,研究T淋巴细胞的分化及功能,研究生物活性物质和受体,探明染色质和蛋白质分子结构。

(2)作出诊断及鉴定的试剂:如对病原体的诊断和鉴定,免疫性疾病和血液病的诊断和分型,体内病灶的定位。

(3)用于预防疾病:制作特种疫苗预防破伤风、狂犬病、乙型肝炎、脑炎等。在器官移植和骨髓移植前,用单克隆抗体预先处理移植物,可以防止排斥反应,提高移植物的存活率。

(4)作为治疗剂:治疗蛇毒和其他毒素中毒,通过“免疫导弹”治疗癌症,治疗某些感染性疾病和血液病。

总之,单克隆抗体技术创立以来,已取得了巨大的成就,促进了生物科学领域内许多学科之间的联系、渗透和发展,随着对单克隆抗体的研究的深入,它在生物科学的实际应用价值可能是人们无法预料的。

导向性药物,生物导弹

人无论得了什么病,一般都是人体中的某个器官、组织或生理代谢有毛病,而不是全身组织细胞都有病。但由于长期以来医疗技术不能真正使药物集中作用于“病灶”,而大都是作用于全身。这样不仅达不到治疗的目的,反而会产生种种不良的副作用。

那么能不能发明一种药,进入人体后直接到达病灶呢?生物学家想到了军事上用的“导弹”,导弹以它的准确的导向性,能够远距离命中目标。如果治病的药品能像导弹那样,既有巨大的治疗疾病的威力,又有高度精确的命中率,岂不是一切人间瘟神都可以被降伏了吗?

令人惊异的是,在当今医学上也有了“导弹”,这种导弹以优秀的单克隆抗体作为弹身,把药物、毒素、同位素等作为弹头,这种导弹称为“生物导弹”。它最有效的打击对象就是癌细胞。

癌症这一顽疾每年要夺去近500万人的生命,全球医学界一直在研究攻克癌症的办法。外科手术、放射治疗都是好办法,但它们只能相对延长病人生命,并不能彻底消灭癌细胞。为了从根本上治疗癌症,科学家们进行了大量的试验,对成千上万的药物进行筛选。他们在实验中发现,许多抗癌药物可以有效地杀死癌细胞,但在人体上应用时就不同了。原因之一就是这些药物在杀死癌细胞的同时也损伤了人体的正常细胞,因此用量和疗效就受到限制。多少年来人们一直在寻求一种方法或药物——它只杀死癌细胞而不损伤正常细胞,自从单克隆抗体问世,人们的这个愿望就有可能成为现实。

单克隆抗体在人体内具有定向的专一性的识别某种癌细胞的功能,所以利用它可以侦察出早期癌细胞,诊断出各种早期癌症。若在这种抗体上接上抗癌药物、毒素或放射性同位素,它就会携带这些物质像导弹一样稳、准、狠地追踪并杀灭癌细胞,而对体内正常的细胞毫无损伤。

根据病情的需要,科学家们设计了多种类型的生物导弹,如普通导弹、核导弹、化学导弹及毒素导弹等。

普通导弹的结构最简单,仅由单克隆抗体弹身组成,并未安装特殊弹头。它作用快,副作用小。其工作方式是导弹首先击中癌细胞,然后发出信息,调集周围的单核细胞及补体协同作战,一起将癌细胞杀死。由于这种导弹杀伤力较小,故只对少数恶性肿瘤(如B淋巴细胞瘤等)有效。

“核导弹”是生物导弹中最重要的一种,它在临床上应用时间较早且治疗效果十分显著。由于现代核医学的发展,人们逐渐认识到放射性核素对癌细胞有很强的杀伤性,但在治疗过程中也会杀死正常细胞。若将放射性核素制成核弹头装配在普通生物导弹上,就可以避免不良作用了。这种携带核素的导弹直接聚于癌组织内,形成较集中的核照射,使癌细胞变性死亡。

化学导弹是由单克隆抗体与抗癌化学药物连接成的生物导弹。当这种导弹在肿瘤部位定位后,药物结合体中的生物降解链自动打开,化学药物与抗体彼此分离。药物在细胞外组织中聚集,当形成一定浓度后,癌细胞就再也不能进行正常的生命活动了。目前科学家已经制备出用在人身上的单克隆抗体复合物:单克隆抗体和甲氨喋呤复合物,单克隆抗体和苯丁酸氮芥复合物,这些抗癌生物导弹可以治疗非何杰氏淋巴癌,疗效比单纯用药提高1000倍。

毒素导弹是对癌细胞杀伤力最大的一种生物导弹。通常由一些毒力很强的细菌外毒素,如白喉毒素、红豆碱、相思豆毒素和蓖麻毒素等组成毒素弹头。这些弹头的超微结构中有A、B两链,A链是毒素的活性部分,B链是特殊结合部分。当毒素导弹击中癌细胞时,B链先与细胞膜结合并建立运输通道。此后,A链的毒素分子进入细胞内将细胞毒死。这种导弹在体外实验中获得了较大的成功。如在用于治疗培养中的结肠癌细胞和直肠癌细胞,结果这些癌细胞100%被杀死,而正常细胞一点损伤都没有。

我国从1983年开始进行生物导弹研究,到目前为止,已经研制了多种生物导弹。科学家预言,生物导弹有极大的应用潜力,它将有效地防治包括癌症在内的许多疾病,将成为人们梦寐以求的抗治癌症、艾滋病的有力武器。

病魔的克星——干扰素

干扰素发现于1957年,它是人体细胞或动物细胞在感染病毒后产生的一种活性蛋白物质。试验证明,它具有抗病毒能力,并能有效地治疗一些病毒性疾病,如水痘、麻疹、流感、肺炎等。以后,人们又发现干扰素还有很强的免疫调节功能,并因此成为近年来最受人们关注的抗癌物质。

我们知道,癌细胞都是些幼稚而无功能的细胞,它们的特点就是繁殖速度快,并无休止地扩大自己的范围,最终危及到人体的生命。干扰素能阻止癌细胞的分裂繁殖并能抑制它们的生长,使癌变组织萎缩或被溶解掉。由于干扰素是具有免疫调节能力的蛋白质,所以它可以调节淋巴细胞的功能,动员周围的淋巴细胞一同参加到与癌细胞的斗争中。此外,干扰素还能间接地激活体内杀伤细胞,发挥它们强大的威力,杀死每一个癌细胞。目前,美国科学家已经用干扰素治愈过皮肤癌。干扰素在治疗骨瘤、骨髓瘤、淋巴瘤、肝癌、肺癌、白血病等方面均能得到满意的疗效。因此,医学专家把攻克癌症的希望寄托在干扰素身上。

干扰素根据其来源不同常被分为3型,即从人体白细胞中提取的α干扰素、从纤维母细胞中提取的β干扰素和从淋巴细胞中提取的γ干扰素。其中,γ干扰素来源丰富,抗癌作用最明显。

干扰素的生产较为复杂。最初用健康人的血液作为生产原料,每制取1克干扰素就需32千克的血液,所以干扰素十分珍贵。随着基因工程的兴起,许多国家将干扰素基因重组于酵母菌中。通过大型发酵罐进行生产。现又有用遗传工程的手段改变杆状病毒的基因,使之生产人的干扰素,产量已得到成倍地增长。

干扰素使用方法很多,如在治疗上呼吸道病毒感染时可将干扰素制成滴鼻或气雾剂。对一些浅表的肿瘤,可选用霜剂或膏剂的干扰素局部外涂。但现在临床治疗肿瘤最常用的还是将干扰素的针剂注射于肌肉或皮下。

现在人们依据干扰素在不同肿瘤中的作用,又将三大型分为许多亚型,并且将各型干扰素进一步加以提纯,以增强疗效。另一方面,人们也在努力研究用“药物载体”或“磁力导航”的办法将干扰素直接导入癌组织内,以发挥其最大效力。

由此我们看出,干扰素确实是病魔的克星。

预防医学高科技——基因疫苗

打“预防针”我们大家都曾接受过,所谓预防针就是预防疾病的疫苗。我们所熟悉的传统疫苗种类繁多,如白百破三联疫苗、狂犬病疫苗、破伤风疫苗、牛痘疫苗等。它们在抵御各种疾病、杀伤病原体中发挥了无比威力。

随着分子生物学和基因工程技术在医学领域的应用,预防医学领域中将会出现高科技的突破。

从理论研究上的突破看,免疫的概念已不再局限于蛋白质-蛋白质(抗原-抗体)间的相互作用,而扩大到蛋白质-核酸和核酸-核酸之间的相互作用。只要能干预病原体DNA和RNA的核酸分子,都能作为“免疫卫士”来杀灭入侵者。

从预防疾病的疫苗制备方式上也有了重大突破,即“基因工程疫苗”诞生。基因工程疫苗克服了传统疫苗生产方式的局限。在我国,现已用于临床的人工肝表面抗原重组疫苗和抗疟疾重组疫苗就是属于基因工程疫苗。

然而,高新技术对疫苗生产的最大突破是“基因疫苗”。什么是“基因疫苗”?它与传统疫苗及基因工程疫苗的最大区别在于它的主体组成成分是DNA,而不是蛋白质。

基因疫苗的产生是在1990年,美国的科学家瓦尔夫(walff)发现。将带有外源基因的质粒DNA直接注射到小鼠的肌肉中,这种裸露的DNA可由不明的机制进入肌肉细胞内并表达出相应的蛋白质。以后进一步在实验动物中的研究发现,将含有编码甲型流感病毒核心蛋白基因的质粒注射到小鼠肌肉后,当小鼠再受到致死剂量的甲型流感病毒攻击时可以安然无恙。这种具有疫苗作用的裸露DNA称之为“基因疫苗”或“DNA疫苗”。基因疫苗的问世是现代疫苗学高科技硕果,它为传染病、寄生虫病、肿瘤,甚至艾滋病的预防带来新的希望。基因疫苗技术既简便又有效,它将具有巨大的经济效益和社会效益。

目前我国正在研制狂犬病基因疫苗和血吸虫基因疫苗等,并在小动物的实验中初见成效,接受了基因疫苗的小鼠对狂犬病毒的攻击和血吸虫尾蚴的感染均起到保护作用。

更加神奇的是裸露DNA通过喷雾、滴鼻、浸泡DNA溶液的手术缝线和充气气囊等方式,均可进入不同的细胞,并表达出相应的蛋白质,这也许在其中还孕育着某种更大的突破。

从传统疫苗到基因工程疫苗,又到基因疫苗的出现,再一次让我们感受到了高新科技在医学中的应用前景灿烂。

未来医学诊疗技术

随着“人类基因组计划”的完成,它将破译人类基因组的全部密码。与人类疾病有关的基因也都将逐一被发现和克隆。从而提高人类对生命活动本质的认识,增强诊断防治疾病的能力。许多危害人类健康的重大疾病诸如心血管病、癌症、肝炎、流行性感冒、艾滋病、糖尿病等将在更大程度上得以预防、治疗和控制。