国立先进产业科学技术研究所[主席：石村和彦]（以下简称“AIST”）生物过程研究部[研究主任：Kaoru Suzuki]生物系统研究组首席研究员Tetsuya Okuda与日本火花塞-AIST保健材料研究实验室合作研究实验室主任Katsuya Kato合作IgM类型抗体有效地同时保持其功能细化我们开发了一种可以做到这一点的技术。
抗体有多种类型，主要用于工业用途IgG类型的稳定抗体被使用。另一方面，聚糖结合的抗体中可以获得高功能的IgM，因此IgM有望用于制药应用。然而，由于 IgM 结构不稳定，纯化过程抗原容易失去其特异性结合能力并含有污染蛋白等杂质血清）中纯化IgM的技术。或细胞培养液。
现在，我们利用产业技术研究院和NGK Spark Plug Co, Ltd（以下简称“Nippon Spark Plug Co, Ltd”）共同开发的抗体纯化用多孔陶瓷颗粒（PZP），建立了从原料中高收率纯化IgM并保持其功能性的方法。该方法操作简单，生产的IgM纯度高，适合纯化后加工，可应用于医药等工业用途IgM的生产。
IgM因其在病毒检测和癌症治疗方面的有效性而受到关注，新开发的技术的应用预计将有助于开发利用IgM的新型抗体药物和传染病诊断剂。
该技术的详细信息将于 2021 年 2 月 9 日发布科学报告杂志（电子版，开放获取）。
新开发的IgM纯化技术概述及应用
利用抗体功能的药品市场预计将继续扩大。由于抗体可以特异性地作用于靶分子，因此可以预期它们非常有效且副作用很少。另一方面，也存在诸如寻找新的抗体靶分子变得困难、以及高昂的制造成本使其作为药物昂贵等问题。
在癌细胞、微生物和病毒表面发现的聚糖作为抗体的新靶分子引起了人们的关注，但开发识别糖链的抗体所需的技术发展却被推迟了。特别是，许多识别糖链的高功能抗体都是 IgM，但使用针对 IgG 生产优化的传统技术纯化 IgM 的难度一直是药物应用的障碍。
AIST开发了一种有效生产识别糖链的抗体的技术，并利用该技术获得了识别与癌症和病毒感染有关的细胞表面糖链的各种类型的抗体。2020/03/30 AIST主要研究成果）。在这些抗体中，许多与抗原具有强结合力的特异性反应的抗体是IgM，因此他们正在开发将IgM应用于医学所需的技术。另一方面，AIST正在与NGK SPARK PLUG共同研究开发用于抗体分离和纯化的高性能陶瓷颗粒（2019/01/28 AIST 新闻稿）。这次，我们将这些研发工作结合起来，开发了 IgM 纯化技术。
这项研究和开发得到了日本学术振兴会科学研究援助基金“19K11810 (2019-2021)”的支持。
现有的抗体纯化工艺涉及使用强酸，这会带来一些问题，例如IgM对酸不稳定，容易使抗体变性，无法维持其活性。有一些技术可以在中性条件下进行纯化，但问题是含有杂质的原料不容易纯化，收率低。因此，我们寻找一种可以在中性条件下通过简单操作纯化IgM且不会使抗体变性的材料，并发现日本火花塞-AIST医疗材料协同研究实验室开发的陶瓷颗粒（多孔氧化锆颗粒：PZPs，图1）适合我们目标的IgM纯化技术。
图1 PZP的电子显微镜图像（左）和磷酸化合物表面修饰的图像（右）
PZP 是孔径 (10 nm) 与抗体大小相当的多孔颗粒，并通过磷酸化合物的表面修饰表现出与抗体的选择性亲和力。这次，我们应用 PZP 从抗体产生细胞的培养基中纯化 IgM，并使用 pH 为 7 至 8 的中性磷酸盐缓冲液离心沉降建立了一种具有实用产量的 IgM 纯化方法。使用该方法从抗体产生细胞的培养基中纯化的IgM是SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的结果(SDS-PAGE)分析如图2所示。原料仅含03% IgM，因此无法目视确认其存在，但纯化后可去除99%以上的白蛋白等污染蛋白，因此检测到IgM为主要成分。它还具有高含量的抗体腹水采用该方法纯化IgM，收率高达96%以上。使用陶瓷颗粒的现有技术可以在中性条件下纯化抗体，但陶瓷吸附蛋白质的能力较弱，导致产量低，这一直是实际应用中的问题。这次使用的 PZP 是多孔的比表面积是传统陶瓷颗粒的13倍以上。结果，抗体的结合能力显着提高，并且实现了高产率。由于可以以高纯度回收抗体作为适合纯化后处理的溶液，因此可以将其直接用于药物标记等。
图2 使用PZP纯化的IgM的SDS-PAGE分析图像
在还原条件下分析从抗体产生细胞的培养液（原料）中纯化的IgM。重链和轻链中单独检测到在该方法中，最佳洗脱盐浓度根据抗体类型而不同，该IgM的最佳浓度为100 mM。
为了验证新开发技术的多功能性，我们尝试纯化四种类型的 IgM 和 IgG，并且只需调整用于洗脱的磷酸盐缓冲液的盐浓度即可纯化所有抗体。此外，所有纯化的抗体均保持其识别抗原结构的特异性和结合强度，且未变性（图 3）。
图3 纯化的IgM 对抗原的反应性
显示了纯化抗体特异性结合强度的分析示例。它仅对洋红色所示的抗原 (Gb4) 保持特异性反应性，并且不与具有类似结构的糖链发生反应。
该方法也可以纯化 IgG，但由于洗脱时的最佳盐浓度因抗体类型而异，因此也可以通过调整洗脱条件，从含有多种抗体的样品中选择性地仅纯化目标抗体。另外，采用常规IgM纯化技术κ链是啊λ链，但新开发的技术可以实现无论轻链类型如何的纯化。虽然这次使用的抗体来自小鼠，但也可以纯化人和牛抗体，因此有望应用于迄今为止困难的各类抗体的纯化，并有望用于药物发现领域，例如抗体药物的纯化过程。
作为我们2019年在媒体上宣布的使用陶瓷颗粒进行抗体纯化的新方法，我们发现它们可以应用于IgM和IgG纯化试剂盒，因此我们将优化纯化条件和样品制备方法，为商业化做准备。我们还将考虑扩大其用途，例如将其应用于药物标记等抗体加工过程。该公司还将考虑开发利用通过该技术纯化的 IgM 的癌症和传染病的诊断药物和抗体药物。