米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）材料科学与技术研究部嘉纳正吾研究助理、加藤克也、中部中心代理主任、平野厚高级首席研究员：北海道大学创新疫苗研究开发中心田端小次郎项目助理教授、筑波大学数学科学系白木健太郎教授合作的廉价无机材料氧化锆使用粒子免疫球蛋白我们开发了一种纯化 A (IgA) 的方法。
IgA是一种免疫蛋白，大量存在于人体粘膜表面，具有预防病毒和细菌感染的作用。基于此，人们对其作为可通过鼻腔给药轻松使用的传染病预防药物（IgA药物）的应用充满期待，但尚未投入实际使用。因素之一是为提高 IgA 纯度而进行的“纯化”过程的成本。高纯度纯化对于用作药物至关重要。然而，IgA 是使用专门设计用于专门吸附 IgA 的昂贵有机材料来纯化的。专栏主要使用的是，这导致生产成本增加。
在这项研究中，我们开发了一种使用氧化锆颗粒（一种廉价的无机材料）纯化 IgA 的新方法。在该方法中，通过使未纯化的IgA溶液流过填充有氧化锆颗粒的柱(以下称为氧化锆柱)并调节pH和盐浓度，可以选择性地回收IgA。所用溶液的 pH 值在微酸性至中性范围内，最大限度地减少对 IgA 结构和功能的影响。由于氧化锆是一种天然丰富且廉价的材料，取代传统的精炼方法有望显着降低生产成本。该技术有望加速IgA药物的研究、开发和实际应用，为传染病的预防和大流行对策做出贡献。
此研究结果的详细信息将于 2025 年 8 月 27 日发布。ACS 应用材料与界面
免疫球蛋白（也称为抗体）由脊椎动物的免疫系统产生，具有特异性识别、中和和消灭病毒、细菌等病原体的作用。除了IgA之外，已知多种类型的免疫球蛋白，包括免疫球蛋白G(IgG)和免疫球蛋白M(IgM)。其中，IgA存在于人体粘膜表面，起到阻止病原体侵袭的作用，因此有望应用于药物中，以预防感染性疾病为目的。目前，疫苗被广泛用作针对传染病的对策，但尽管它们具有预防传染病严重程度的作用，但对于预防感染，即病原体侵入人体本身的作用却很小。另一方面，IgA通过阻止病原体本身的侵入，有望起到预防传染病的作用。此外，疫苗注射后需要几天时间才能发挥作用，但IgA在注射后几小时内就显示出有效性，因此其立竿见影的效果非常有前景。
通常使用人体细胞来人工生产IgA，但在此过程中会混入各种细胞来源的杂质。这些杂质进入体内后会引起炎症等副作用，因此必须将 IgA 纯化至高纯度才能将其用作药物。目前，对于 IgA 纯化，设计的色谱柱专门吸附 IgA (亲和力列)。但该柱非常昂贵，对IgA的生产成本影响很大。因此，需要开发新的纯化技术，可以获得高纯度的IgA，同时保持较低的生产成本。
AIST 已证明氧化锆颗粒可用于纯化 IgG 和 IgM (2019 年 1 月 28 日日产 AIST 新闻稿、2021 年 2 月 9 日 AIST 新闻稿）。然而，IgA的结构与IgG和IgM显着不同，并且具有单体和二聚体等多种结构，因此尚未建立使用这些颗粒的高纯度纯化技术。在这项研究中，我们创建了一种使用多孔氧化锆颗粒的色谱柱并优化了纯化条件，以建立从人体细胞中获得的各种类型 IgA 的高纯度纯化技术。
此项研究和开发得到了日本医学研究开发机构 (AMED)、日本科学技术振兴机构 (JST) 下一代研究人员挑战研究计划 (SPRING) 和 Ikeya Science and Technology Foundation 的支持。
在这项研究中，喷雾干燥的方法，我们制造了多孔颗粒，其中数十纳米的细颗粒聚集成直径数十微米的球形。使用填充有多孔颗粒的氧化锆柱（图1），色谱法的方法进行纯化。此次我们纯化的IgA共有三种类型：单体IgA、二聚体IgA、分泌型IgA（图1）。单体 IgA 是 IgA 的基本结构，由称为重链和轻链的蛋白质组成。二聚体 IgA 是两个单体 IgA 通过称为 J 链的蛋白质连接在一起。分泌型 IgA 是与称为分泌成分的蛋白质结合的二聚体 IgA。分泌成分起到增加IgA稳定性的作用，因此分泌型IgA与分泌成分组合作为药品特别有前途。
图1 氧化锆柱示意图以及单体IgA、二聚体IgA和分泌型IgA的结构。氧化锆柱中填充有直径为数十微米的多孔氧化锆颗粒。使用透射电子显微镜(TEM)观察氧化锆颗粒的纳米级结构，使用扫描电子显微镜(SEM)观察微米级结构。
为了优化 IgA 纯化条件，我们系统地研究了溶液的盐浓度和 pH 值。图2显示了单体IgA纯化的结果。图 2 左侧的红线显示了从氧化锆柱中流出的溶液。吸光度的时间变化（色谱图）。吸光度增加意味着已检测到蛋白质或杂质。首先，使调节为微酸性(pH 5)的IgA培养液通过氧化锆柱，观察第1吸光度峰。当已调节至中性（pH 7）且具有高盐浓度的溶液通过柱时，观察到第二个吸光度峰。每个峰中包含的成分凝胶电泳检查时，确认第一个峰几乎不含蛋白质，第二个峰含有所需的IgA（重链和轻链）。第二个峰的实际凝胶电泳结果如图2右侧所示。可以看出，与纯化前相比，除IgA以外的杂质明显减少。
这表明，当IgA培养液中含有的核酸等非蛋白质杂质通过氧化锆柱时，含有IgA的蛋白质被吸附到氧化锆颗粒上，并且吸附到颗粒上的IgA通过通过中性高盐溶液而被洗脱（见图）。即使在收集 IgA 后，除 IgA 之外的蛋白质杂质仍保留在氧化锆柱中，但可以通过使洗涤液流过柱来去除它们，因此可以重复使用柱。这些结果表明，通过使用氧化锆柱可以将目标IgA纯化至高纯度。
图2 使用氧化锆柱纯化单体IgA。 （左）纯化过程中的色谱图（（黑色）盐浓度，（红色）吸光度（用于检测 IgA 和杂质）），（右）使用凝胶电泳评估纯度。带的位置对应于蛋白质的分子量，带的密度对应于蛋白质的浓度。采集的样品中，仅与IgA对应的条带呈深色，表明IgA被纯化。纯化方法：在低盐浓度（弱酸性）条件下，使IgA培养液流过柱，使IgA吸附在氧化锆颗粒上，然后通过提高盐浓度和pH来回收IgA。
*这是原始论文中的图形的修改版本。
图3显示了通过相同程序纯化的二聚体IgA和分泌型IgA的结果。凝胶电泳的结果确认，与纯化前相比，两种IgA中源自杂质的条带均显着减少。这些结果表明，二聚体 IgA 和分泌型 IgA 可以使用氧化锆柱以与单体 IgA 相同的方式纯化至高纯度。
图 3 使用氧化锆柱纯化二聚体 IgA 和分泌型 IgA。使用凝胶电泳评估二聚体 IgA（左）和分泌型 IgA（右）的纯度。纯化方法：在低盐浓度（弱酸性）条件下，使IgA培养液流过柱，使IgA吸附在氧化锆颗粒上，然后通过提高盐浓度和pH来回收IgA。严格来说，二聚体和分泌型 IgA 抗体还包含一种称为 J 链的蛋白质，但由于其分子量（丰度）较小，因此无法使用此方法进行确认。
*原始论文中的数字被引用或修改。
上述结果表明氧化锆颗粒可用于三种类型IgA（单体IgA、二聚体IgA和分泌型IgA）的高纯度纯化。在这种纯化方法中，所用溶液的pH值为弱酸性至中性，因此IgA结构破坏和功能丧失的风险被认为较低。
氧化锆又称为仿金刚石，由于具有较高的耐压性，因此可以在高水压、高流速的条件下使用。自古以来它也被应用于各个领域，并被证明对生物体具有高度的安全性。因此，利用氧化锆颗粒纯化IgA不仅便宜、简便，而且具有安全、快速的优点。
这一次，我们确认了 IgA 可以纯化到高纯度。然而，净化产量，我们认为还有进一步改进的空间。未来我们将通过对氧化锆颗粒表面进行修饰，提高收率，建立更实用的IgA纯化技术。
已出版的杂志：ACS 应用材料与界面
论文标题：使用磷酸盐包被的介孔氧化锆颗粒纯化免疫球蛋白 A
作者：Shogo Kanoh、Koshiro Tabata、Shinji Saito、Erika Onuma、Hatsuho Usuda、Kentaro Shiraki、Katsuya Kato、Atsushi Hirano。
DOI：doiorg/101021/acsami5c11319