На гормоны заводится досье

Любой сыщик знает: для успешной слежки надо сделать все, чтобы объект себя обнаружил. Так и в нашей истории - многие успехи эндокринологии последних лет связаны прежде всего с разработкой надежных способов идентификации гормонов.

Рассказывая об открытии Пирсом функции светлых клеток, мы упомянули имя американского ученого Альберта Кунса - основоположника применения в гистохимии иммунологических методов. Иммуногистохимический метод оказался особенно перспективным для исследования синтеза и транспорта гормонов. Поскольку при введении гормонов организм начинает вырабатывать специфические белки - антитела, то, введя животному (чаще всего используют кроликов и морских свинок) какой-либо гормон, можно впоследствии взять кровь этого животного, в которой будут содержаться антитела именно к данному гормону, после специальных процедур получить антисыворотку и затем использовать ее для обнаружения в клетках и тканях того самого гормона.

Любой сыщик знает: для успешной слежки надо сделать все, чтобы объект себя обнаружил

Казалось, с появлением иммуногистохимического метода проблема обнаружения гормонов в организме должна быть решена. И действительно, за время, прошедшее после 1941 года, когда Кунс впервые предложил метод, было открыто много мест синтеза гормонов и изучены разные стороны их обмена в живом организме. Однако, появились и свои ограничения, связанные, с одной стороны, с недостаточной чувствительностью метода, а с другой - с потребностью изучения гормонов не только в клетках, но и в крови, доступной для массовых исследований в клинической практике. Эти препятствия были преодолены с разработкой радиоиммунологического метода определения гормонов.

Суть метода, автором которого является американский радиохимик из госпиталя в Бронске (Нью-Йорк) Р. Ялоу, заключается в том, что антисыворотка к гормону в процессе ее приготовления метится дополнительно еще и радиоактивным изотопом, чаще всего йодом-125. При смешивании антисыворотки с исследуемой кровью человека или животного антитела взаимодействуют с содержащимся в крови гормоном. По уровню радиоактивности, излучаемой изотопом, соединившимся с определенным гормоном, определяется количество этого вещества. Чувствительность данного метода очень высока: он способен зарегистрировать количества гормона, измеряемые в десятых долях нанограмма.

Радиоиммунологический метод нашел широкое применение в медицине, животноводстве, других отраслях биологии. С его развитием появилась возможность следить за изменением уровня и скорости синтеза, секреции и метаболизма гормонов, в нужных ситуациях активно регулировать функцию гормональной системы. За разработку, широкое внедрение радиоиммунологического метода и изучение с его помощью синтеза и метаболизма пептидных гормонов Розалин Ялоу в 1977 году была удостоена Нобелевской премии.

После фундаментальных работ Ялоу многие химические фирмы приступили к массовому выпуску специальных коммерческих наборов реактивов для определения гормонов. В Советском Союзе выпускаются, например, наборы для определения инсулина, некоторых гормонов гипофиза. Производственные базы для этого созданы в Минске и Риге в соответствующих химических институтах республиканских академий наук. Широкое распространение таких наборов привело к резкой интенсификации исследований эндокринной системы как в научном, так и в прикладном плане. Во многих клиниках открылись специальные радиоиммунологические лаборатории. Однако в процессе развития метода стали появляться серьезные препятствия для его широкого внедрения. Во-первых, необходимо довольно большое количество антигенов, то есть гормонов для иммунизации, и соответственно большое число животных. Были открыты специальные заводы по искусственному синтезу гормонов (здесь тоже есть свое ограничение - не все гормоны можно искусственно синтезировать, да еще в больших количествах) и фермы, на которых выращивались и содержались животные: кролики, морские свинки, обезьяны и овцы. Затраты на получение синтетических гормонов и содержание животных обусловили высокую стоимость соответствующих наборов.

Вторая проблема относилась к самим антисывороткам. Дело в том, что при обработке вместе с антителами к определенным гормонам из крови животных выделялись, хоть и в небольших количествах, другие антитела, которые в ряде случаев снижали специфичность антисывороток, реагируя не только с одним определенным гормоном, но и с веществами, близкими к нему по антигенной структуре, например с белками. Да и видовые особенности антител в какой-то мере затрудняли анализ.

Развитие науки требовало качественно нового подхода к решению проблемы получения антител. Необходим был метод, позволяющий в искусственных условиях получать большое количество антител строго заданной специфичности. И такой метод был разработан. Его создание связано с именами трех известных иммунологов: Нильса Ерне, Цезаря Милстейна и Георга Келлера - нобелевских лауреатов 1984 года.

Нильс Ерне заслуженно пользуется уважением в научном мире. 73-летний ученый за всю свою жизнь работал во многих научных учреждениях разных стран, его блестящие лекции слушали в Европе, Америке и Азии, в том числе и в СССР, куда он приезжал несколько раз. Работы Ерне по механизмам образования антител явились теоретической почвой для последующих практических разработок Ц. Милстейном и Г. Келлером нового метода получения специфических антител.

Цезарь Милстейн с 1962 года занимается исследованием антител, происхождением их разнообразия, генетическими основами их специфичности. В начале 70-х годов он стал изучать лимфоциты - клетки, продуцирующие антитела, как у здоровых людей, так и у людей с опухолевым поражением крови. Эти работы привели его к открытию так называемых "гибридных клеток", возникающих при слиянии различных лимфоцитов. Неизвестно, как все сложилось бы, если б в это время в лабораторию Милстейиа не приехал Г. Келлер...

Интерес Георга Келлера к разнообразию антител возник при выполнении им докторской диссертации у Н. Ерне в Базеле. Для продолжения исследований Ерне посоветовал Келлеру поехать к Милстейну в Кембридж, Ни Келлер, обратившийся к Милстейну с просьбой о разрешении приехать, ни Милстейн, давший свое согласие, учитывая рекомендацию Ерне, ни сам Ерне не предполагали, что эти обстоятельства приведут их через 10 лет к Нобелевской премии.

Приехав в 1974 году в Кембридж, 28-летний Келлер начал заниматься получением гибридов разных миеломных (опухолевых) клеток мышей. Однако, быстро поняв, на что годен новый сотрудник, Милстейн буквально через несколько месяцев ставит ему более сложную, но вполне определенную задачу - получить такие гибридные клетки, которые бы синтезировали антитела с любой заданной специфичностью. И Келлер блестяще справляется с этим. В конце 1974 года он вместе со своим шефом проводит опыты по слиянию миеломных клеток, способных длительно расти в культуре ткани с лимфоцитами мышей, образующими антитела, но неспособными к длительному росту вне организма. Эти эксперименты принесли желаемые результаты, гибридные клетки продуцировали антитела. В августе 1975 года появилась ныне знаменитая статья Г. Келлера и Ц. Милстейна, в которой описывалась техника получения гибридом.

Огромное преимущество гибридомной техники заключается в том, что для получения антител не нужно большого количества антигена. Достаточно один раз проиммунизировать мышь, взять от нее кровь, выделить лимфоциты, продуцирующие данные антитела, слить их с миеломными клетками, способными к быстрому росту, затем отобрать гибридную клетку, синтезирующую введенные антитела, размножить ее на питательной среде и клонировать (получать от нее потомство) сколь угодно долго и в любом нужном количестве. В результате появляется возможность неограниченного получения гибридом, образующих лишь один-единственный вариант антител (то есть моноклональные антитела), что полностью снимает проблему их специфичности.

Это открытие за короткий срок оказало революционное влияние на различные области биологии и медицины. Получение моиоклональных антител составляет сейчас важнейшую часть биотехнологического производства. Подсчитано, что в ближайшие годы оборот фирм, участвующих в продайте моноклональных антител, достигнет миллиарда долларов.

Моноклональные антитела являются строго специфическим реагентом - прекрасным маркером химических веществ. С помощью моноклональных антител с каждым годом открываются все новые и новые активные вещества и места их синтеза. Отрывочные сведения о процессах, в которых участвуют гормоны, теперь можно дополнить и создать самые настоящие досье, учитывающие перемещения молекул, оценивающие взаимодействие их в различные периоды жизни и при разных заболеваниях. Получив метку - моноклональное антитело, гормон обнаруживает себя повсюду, находясь даже в самых минимальных количествах.

Именно с помощью гибридомной техники, метода моноклональных антител ученые установили в последние годы многие неизвестные ранее закономерности гормональной регуляции. Были сделаны принципиально новые важные открытия в познании механизмов различных заболеваний, поиске методов их диагностики и лечения.

Мы перелистали некоторые страницы истории эндокринологии. Узнали общие свойства гормонов. А теперь познакомимся с ними поближе. Ведь от этих веществ зависит очень многое - наша жизнь, здоровье, настроение, то есть наше благополучие.