كيف يُصنَع الجسم المضاد؟

كان الدفتيريا، أو الخناق، الذي لُقّب بـ«الملاك الخانق»، أحد أبرز أسباب وفاة الأطفال في القرن التاسع عشر. وتعود خطورة هذه العدوى إلى سم قوي تطلقه بكتيريا Corynebacterium diphtheriae. إذ يدمر سم الدفتيريا القلب والرئتين والكبد. وفي المراحل المتأخرة من المرض، يختنق المصابون نتيجة تراكم أنسجة ميتة رمادية اللون في الحلق. وكان معظم الضحايا من الأطفال دون الخامسة من العمر، وقبل ظهور العلاجات الحديثة، كان ما يصل إلى نصف الرضع والأطفال الصغار المصابين يلقون حتفهم. ولم يكن بوسع الآباء والأطباء فعل الكثير لمواجهة هذا الوباء الفتاك، إلى أن قدمت التكنولوجيا الحيوية أول حل لهذه المشكلة.

مع اقتراب نهاية القرن التاسع عشر، قرر الطبيب البروسي إميل بيرينغ التصدي لهذا التحدي والبحث عن علاج. واستلهامًا من علم التمنيع الذي كان لا يزال في بداياته، ومع عدم ظهور أي علاج كيميائي فعال، اتجه بيرينغ إلى علم الأحياء. ففي السنوات السابقة، كان لويس باستور قد أثبت قوة التمنيع من خلال تطوير لقاحات ضد كوليرا الدجاج والجمرة الخبيثة وداء الكلب. وقد بدا أن التعرض لعامل مُعدٍ، حتى لو كان في صورة موهنة، يُحدث تحولًا في دم الإنسان أو الحيوان الذي يتعرض له. واشتبه بيرينغ في إمكانية نقل هذه الخاصية إلى حيوانات أخرى.

عند إزالة خلايا الدم الحمراء وعوامل التخثر من دم أي حيوان، يتبقى مصل الدم، وهو سائل صافٍ يشبه عصير التفاح في لونه تقريبًا. واعتقد بيرينغ أن هذا المصل يحمل «مضادات السموم» التي يحفزها التلقيح. وفي عام 1890، أثبت إميل بيرينغ وشريكه الياباني شيباسابورو كيتاساتو أنه عند حقن الأرانب بسم الدفتيريا، واستخلاص المصل من دمها، ثم حقنه في أرنب آخر، يمكن للأرانب المتلقية أن تنجو من حقنها بجرعة من سم الدفتيريا تكون قاتلة في الظروف العادية. وهكذا انتقلت المناعة إلى الأرانب الأخرى مع المصل.

وفي وصفه لنتائجه، اقتبس بيرينغ كلمات الشيطان من مسرحية «فاوست» لغوته: «الدم عصير من نوع استثنائي» (Blut ist ein ganz besonderer Saft).

وجاءت بعد ذلك بوقت قصير التجارب العلاجية على البشر باستخدام مصل بيرينغ؛ إذ شفى العلاج 77 في المئة من أصل 220 طفلًا أُدخلوا المستشفى بسبب الدفتيريا. وبفضل هذا العمل، أصبح بيرينغ أول من يحصل على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب، وذلك عام 1901.

لكن الآفاق العلاجية للمصل ظلت تبدو محدودة. ففي محاضرة نوبل التي ألقاها، أعرب بيرينغ عن شكوكه في إمكانية محاكاة القدرات «المطهرة» للعلاج بالمصل صناعيًا في يوم من الأيام، فقال:

«إذا تحقق التطهير الداخلي رغم ذلك، فلم يكن الفضل في ذلك للتكهنات أو لتغيير المذهب العلمي، بل لأن الطبيعة نفسها اتُّخذت دليلًا. وأشك في أن يكون من الممكن يومًا إحداث المبدأ المضاد للسموم في العلاج بالمصل الخاص بالدفتيريا اصطناعيًا، من دون الاستعانة بالتنظيم الحيوي وقدرات الإفراز في الكائنات الحية».

إميل فون بيرينغ، من محاضرة نوبل عام 1901.

في المراحل الأولى، كان المصل يُنتج بكميات كبيرة في الأغنام، ثم في الخيول التي تتمتع بحجم دم أكبر بكثير، إذ يبلغ حجم الدم لديها بين 35 و40 لترًا، مقارنة بأقل من خمسة لترات لدى الأغنام. واستُخدم العلاج بالمصل لمواجهة أمراض عديدة، من بينها العدوى البكتيرية بالمكورات الرئوية، وهي السبب الأكثر شيوعًا للالتهاب الرئوي، وكان هذا العلاج الوسيلة الفعالة الوحيدة لعلاجها قبل أن يصبح البنسلين متاحًا على نطاق واسع عام 1945.

لكن العلاج بالمصل فقد مكانته في نهاية المطاف. فبعد اكتشاف مضادات حيوية فعالة في أواخر عشرينيات القرن العشرين، لم يعد إنتاجه مجديًا. إذ كان الإنتاج يتسم بتفاوت كبير في الجودة، وكانت إجراءات تصنيع الدفعات واختبارها واعتمادها مرهقة، كما كانت التفاعلات التحسسية، بما فيها الحمى والطفح الجلدي وتورم المفاصل، شائعة.

وعندما اكتشف بيرينغ العلاج بالمصل وبدأ تطبيقه، لم يكن يعرف أي مكوّن فيه يمثل العامل الفعال المسؤول عن «التطهير». ونحن نعرف اليوم أن الأجسام المضادة هي المسؤولة عن ذلك. والأجسام المضادة بروتينات على شكل حرف Y، تحمل عند أطرافها مواقع ارتباط شديدة التخصص تعمل وفق مبدأ «القفل والمفتاح»، وترتبط ببروتينات غريبة موجودة في الدم أو على سطح الخلايا. وتُعادل الأجسام المضادة تأثير أهدافها إما بالارتباط بها وإعاقة عملها ماديًا، أو بوضع علامة عليها لتتمكن الخلايا المناعية من إزالتها.

تتمتع الأجسام المضادة بخصائص عديدة تجعلها جذابة للاستخدام العلاجي، منها قدرتها على الدوران في مجرى الدم لأسابيع أو حتى أشهر، بحثًا عن أهدافها. ومن خلال الاختيار العشوائي من مجموعة من الأجزاء الجينية، تستطيع الخلايا المناعية العثور على أشكال مناسبة لتكوين المنطقة «المتغيرة» من الجسم المضاد، بحيث ترتبط بأي بروتين غازٍ تقريبًا بدرجة عالية من الدقة والتخصص. لكن المصل كان يحتوي على خليط من الأجسام المضادة المفيدة إلى جانب كثير من الأجسام المضادة الأخرى، ولذلك كان لا بد من استخدام كميات كبيرة من المصل لضمان وجود ما يكفي من الأجسام المضادة ذات الأهمية العلاجية.

كانت الإمكانات العلاجية للأجسام المضادة واضحة، لكن ظهور المضادات الحيوية، التي يمكن تصنيعها بعمليات كيميائية يمكن التنبؤ بنتائجها، جعل العملية البيولوجية المعقدة لإنتاج المصل تبدو متقادمة. ولكي يصبح العلاج بالأجسام المضادة مفيدًا مرة أخرى، كان لا بد من عزل المكوّن الفعال وتنقيته وإخضاعه للضبط والتحكم.

وقد أثبتت التطورات اللاحقة أن بيرينغ كان مخطئًا في تشاؤمه؛ فالعلاجات القائمة على الأجسام المضادة أصبحت اليوم ركيزة أساسية في علاج أمراض عديدة. ويُعد دواء «كيترودا» (Keytruda)، الذي حقق مبيعات بلغت 30 مليار دولار عام 2024، الأعلى إيرادًا في العالم. وهو جسم مضاد وحيد النسيلة يُستخدم لعلاج أنواع عديدة جدًا من الأورام الصلبة. وتقدّر شركة ميرك، الشركة المصنعة للدواء، أن 2.5 مليون شخص تلقوا العلاج به حتى عام 2024. وبوجه عام، فإن أربعة من الأدوية العشرة الأعلى مبيعًا هي أجسام مضادة وحيدة النسيلة.

لم تعد المستحضرات الصيدلانية الحديثة مقتصرة على المواد الكيميائية الاصطناعية التي تُصرف في عبوات أقراص مرتبة. فقد برزت فئة الأدوية البيولوجية، وهي جزيئات علاجية كبيرة ومعقدة تُنتج داخل الكائنات الحية، مثل البروتينات والخلايا والأنسجة الكاملة، وتندرج الأجسام المضادة ضمن هذه الفئة.

لكن التكنولوجيا لم تبلغ مستوى النضج الذي يسمح بالحصول على عدة موافقات جديدة سنويًا إلا خلال العقد الماضي تقريبًا. ولم توافق إدارة الغذاء والدواء الأمريكية إلا مؤخرًا على الدواء رقم مئة من فئة الأجسام المضادة وحيدة النسيلة. ولكي نحول الأجسام المضادة إلى تقنية قابلة للتوسع الصناعي، كما فعلنا سابقًا مع الجزيئات الاصطناعية الصغيرة، كان علينا إدخال تحسينات متراكمة على عمليات التصنيع. وقد أفضت هذه التطورات إلى عمليات إنتاج اصطناعية جعلت علاج عدد أكبر بكثير من الأمراض ممكنًا.

تصنيع الأجسام المضادة وحيدة النسيلة

لكي يصبح إنتاج المصل عملية صناعية واسعة النطاق، كان لا بد أولًا من تحديد المكوّن الفعال في العلاج بالمصل.

بدأت الرحلة بملاحظة عالم الأحياء الدقيقة رودولف كراوس عام 1897، إذ اكتشف أن إدخال بروتين غريب إلى الدم يؤدي إلى تكوّن راسب عكر. وأُطلق على هذه الظاهرة اسم «تفاعل الترسيب المناعي».

وفي عشرينيات القرن العشرين، عزل الكيميائي العضوي مايكل هايدلبرغر والطبيب أوزوالد أفري المادة المسؤولة عن هذا التفاعل، وحددا أنها بروتينات اعتمادًا على محتواها من النيتروجين. وكتب هايدلبرغر في مذكراته: «بدا لي أن هناك حاجة ملحة إلى تحديد الطبيعة الحقيقية للأجسام المضادة، وأن الجدل وحالات عدم اليقين التي كانت تعصف بعلم المناعة لن تنتهي قبل تحقيق ذلك».

وبعد ذلك بسنوات، وتحديدًا عام 1945، اكتشف عالم المناعة توماس هاريس وزملاؤه في كلية الطب بفيلادلفيا أن الأجسام المضادة تُنتج بواسطة نوع من خلايا الدم البيضاء المناعية. ومع تحديد طبيعة الأجسام المضادة وموقع إنتاجها، بدأ العلماء يحرزون تقدمًا حقيقيًا في فهم المادة الغامضة المسؤولة عن فعالية العلاج بالمصل الذي ابتكره بيرينغ.

واتضح تحديدًا أن الخلايا البلازمية، وهي نوع من خلايا الدم البيضاء، تفرز الأجسام المضادة في الدم. وفي الورم النقوي المتعدد، وهو أحد أشكال سرطان الدم، تنقسم خلية بلازمية خبيثة واحدة بلا ضابط. وتنتج هذه الخلايا نسخًا عديدة من جسم مضاد واحد أو جزء منه، يُعرف باسم «البروتين M». ويؤدي التكاثر المفرط للخلايا البلازمية الخبيثة إلى تراكم كميات كبيرة من هذا البروتين في دم المرضى، وإلى طغيانها على المجموعة المتنوعة من خلايا الدم البيضاء التي يُفترض أن تكون موجودة في الدم.

ولأن خلايا الورم النقوي تنتج كميات كبيرة من الأجسام المضادة أثناء نموها، فقد عُدّت أداة مفيدة لدراستها. ومع ذلك، فرغم سهولة الحصول على كمية من الأجسام المضادة من هذه الخلايا السرطانية، لم تكن هناك طريقة سهلة للحصول على أعداد كبيرة من نسخ جسم مضاد محدد بعينه.

وحتى لو كان التصميم الدقيق للجسم المضاد معروفًا، وهو ما لم يكن متاحًا آنذاك، لما كانت تقنيات التخليق الكيميائي المستخدمة لإنتاج أدوية «الجزيئات الصغيرة»، مثل الأسبرين، مناسبة لهذا الغرض. فالأجسام المضادة، بوصفها أدوية بيولوجية، أكبر من الأسبرين بآلاف المرات، كما أن تراكيبها أكثر تعقيدًا بكثير. وحتى اليوم، لا توفر تقنياتنا الكيميائية مستوى التحكم الدقيق اللازم لتركيب جميع أجزائها بالترتيب الصحيح وعلى نطاق صناعي واسع. ومع دخول منتصف القرن العشرين، لم يكن أمام العلماء سوى الاستفادة من الآليات الخلوية الموجودة بالفعل، وإعادة توجيهها لخدمة أهدافهم.

لم يتحقق تقدم يُذكر حتى سبعينيات القرن العشرين، عندما تساءل عالما المناعة جورج كولر والكيميائي الحيوي سيزار ميلشتاين، العاملان في مختبر البيولوجيا الجزيئية المعروف اختصارًا باسم «إل إم بي» (LMB)، عما إذا كان بالإمكان حل المشكلة من خلال أخذ خلايا بلازمية طبيعية تنتج جسمًا مضادًا محددًا، ودمجها مع خلايا الورم النقوي، لإنشاء خلايا خالدة تنتج نسخًا كثيرة من الجسم المضاد المطلوب. وبمساعدة فنية المختبر شيرلي هاوز، تمكن كولر وميلشتاين من إنشاء هذه الخلايا المندمجة، وأطلقا عليها اسم «الخلايا الهجينة» أو «الهجينومات» (Hybridomas).

تنتج كل خلية هجينة باستمرار كميات كبيرة من جسم مضاد واحد محدد، ولذلك تُسمى المنتجات الناتجة «الأجسام المضادة وحيدة النسيلة»، ويُختصر اسمها بالإنجليزية إلى (mAbs)، لأنها تأتي من نسخة خلوية واحدة أو مصدر واحد. وعلى الرغم من أن هذه الخلايا صُممت في الأصل لتكون أداة بحثية، فإنها جعلت توسيع إنتاج الأجسام المضادة للاستخدام الطبي على نطاق واسع أمرًا ممكنًا من حيث المبدأ، بشرط القدرة على تحديد الخلية البلازمية التي تنتج الجسم المضاد ذي الفائدة العلاجية وعزلها.

في البداية، كانت الطريقة الأكثر موثوقية لتنمية الخلايا الهجينة هي طريقة الاستسقاء داخل الجسم الحي. وفي هذه الطريقة، كان الفنيون أو العلماء يحقنون الخلايا الهجينة داخل تجاويف بطون الفئران، حيث تتكاثر الخلايا وتؤدي إلى انتفاخ بطون الفئران بالسوائل والخلايا المنتجة للأجسام المضادة. ويوجد عادة مقدار ضئيل من السوائل في التجويف البطني، يقل عن 50 مليلترًا لدى البشر ونحو 0.05 مليلتر لدى الفئران، أي ما يعادل حجم قطرة مطر تقريبًا. لكن الفئران المستخدمة في طريقة الاستسقاء قد تتراكم في بطونها كميات تصل إلى عشرة مليلترات من السوائل، أي ما يعادل نحو خُمس وزن أجسامها.

وبعد نمو الخلايا، كان الفنيون أو العلماء يستخرجون مرارًا السائل المحتوي على الأجسام المضادة من بطون الفئران باستخدام إبرة، ثم يعاودون العملية عندما يتجمع السائل من جديد. وكانت هذه الطريقة قاسية ومؤلمة للفئران، التي كانت تموت في نهاية المطاف بسبب الورم المستحث. لكنها كانت فعالة في إنتاج أجسام مضادة وحيدة النسيلة عالية التركيز.

وفي هذه المصانع الحيوية المجهرية القائمة على الفئران، أنتجت شركة «أورثو فارماسيوتيكلز» (Ortho Pharmaceuticals) أول جسم مضاد علاجي وحيد النسيلة يُعتمد للاستخدام البشري. وكان هذا الدواء هو «موروموناب»، الذي وافقت عليه إدارة الغذاء والدواء الأمريكية عام 1986 للوقاية من رفض عمليات زراعة الكلى.

أول جسم مضاد وحيد النسيلة يحصل على موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية

اشتهرت شركة أورثو أساسًا بتسويق مجموعة من اختبارات الحمل. ولم يكن علماء الشركة قد بدأوا عملهم بهدف ابتكار علاج قائم على الأجسام المضادة وحيدة النسيلة؛ بل كان موروموناب واحدًا من سلسلة أجسام مضادة طُورت بوصفها أدوات بحثية لدراسة تنوع الخلايا المناعية وفهم وظائفها بصورة أفضل.

وتبين أن موروموناب يحجب بنية أساسية على الخلايا التائية، وهي بروتين يُعرف باسم «سي دي 3» (CD3). وأدى حجب هذا البروتين إلى تثبيط وظائف الخلايا التائية وتقليل عدد الخلايا التائية الفعالة التي تدور في مجرى الدم. وأدركت أورثو أن هذه الخلايا مسؤولة عن رفض الأعضاء المزروعة، وأظهرت التجارب السريرية أن موروموناب يستطيع منع رفض الأعضاء لدى المرضى الخاضعين لعمليات الزراعة بطريقة أكثر استهدافًا من الأدوية المثبطة للمناعة واسعة التأثير.

ساعدت التجارب السريرية لموروموناب على إثبات أن الأجسام المضادة وحيدة النسيلة يمكن أن تكون أدوية مفيدة لعلاج حالات تتجاوز الأمراض المعدية. لكنها كشفت أيضًا عن عقبتين رئيسيتين تواجهان هذه الفئة الدوائية بأكملها.

فغالبًا ما كان الجهاز المناعي البشري يرفض الأجسام المضادة وحيدة النسيلة المستمدة من الفئران. إذ تختلف الأجسام المضادة التي تنتجها الفئران عن تلك التي ينتجها البشر اختلافات طفيفة، يستطيع الجهاز المناعي البشري التعرف عليها. ولم يكن من الممكن إعطاء أجسام مضادة مستمدة من الفئران، مثل موروموناب، إلا بضع مرات قبل أن يبدأ جهازنا المناعي في إنتاج أجسام مضادة معادِلة تستهدف الأجسام المضادة الغريبة نفسها.

وفي التجارب المبكرة لموروموناب، تمكن الدواء من منع الرفض لمدة أسبوع أو أسبوعين، قبل أن يبدأ الجسم في رفض الجسم المضاد الغريب أيضًا، مما استدعى اللجوء إلى مثبطات المناعة التقليدية. كذلك، لا تبقى الأجسام المضادة المستمدة من الفئران في دم الإنسان إلا بضعة أيام، مقارنة بأسابيع أو أشهر بالنسبة إلى الأجسام المضادة البشرية. وكان ذلك يعني الحاجة إلى إعطاء جرعات مزمنة مرتفعة على نحو غير معقول لتحقيق التأثير العلاجي المطلوب.

وعلى الرغم من نجاح طريقة التصنيع باستخدام الفئران في توفير الكميات الصغيرة اللازمة للأبحاث وإنتاج موروموناب، فإنها لم تكن حلًا قابلًا للاستمرار على المدى الطويل. فقد كانت غير عملية وقاسية في الوقت نفسه؛ إذ كان توسيع الإنتاج سيتطلب إنشاء مزارع ضخمة لتربية الفئران المكتظة والمتورمة، تمتد على مساحات هائلة. ولم تكن شركات التكنولوجيا الحيوية متحمسة لتكرار تجربة أورثو.

واستغرق الأمر عشر سنوات أخرى قبل أن توافق إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على الجسم المضاد التالي كامل الطول من فئة الأجسام المضادة وحيدة النسيلة. ففي 26 نوفمبر 1997، طورت شركتا «آي دي إي سي فارماسيوتيكل كوربوريشن» (IDEC Pharmaceutical Corporation) و«جينينتك» (Genentech) دواء ريتوكسيماب.

كانت الخطوة الأولى هي «أنسنة» الجسم المضاد. فقد حاول الباحثون العمل باستخدام خلايا هجينة بشرية، لكن هذه الخلايا كانت غير مستقرة، كما أن فكرة حقن البشر بمستضدات ثم استخراج طحالهم لجمع الخلايا لم تكن مرجحًا أن تحظى بموافقة لجان الأخلاقيات. وبدلًا من ذلك، ابتكر عالم الأحياء الجزيئية غريغوري وينتر تقنية لاستبدال الأجزاء المسؤولة عن الارتباط في الأجسام المضادة المأخوذة من الفئران بأجزاء مكافئة ضمن هيكل بشري، مما يساعد على منع رفض الجهاز المناعي للدواء.

خلايا مبايض الهامستر الصيني

تطلب توسيع تصنيع الأجسام المضادة وحيدة النسيلة إلى ما يتجاوز طريقة إنتاجها في الفئران تطوير منهجية تصنيع جديدة بالكامل. ففي ثمانينيات القرن العشرين، تمكن علماء في شركة جينينتك من تنمية منتجات ببتيدية وبروتينية، مثل الإنسولين، داخل خلايا بكتيريا E. coli. وكانت رؤية الشركة تتمثل في جعل إنتاج الأدوية البيولوجية سهلًا ومنظمًا بقدر سهولة التخليق الكيميائي.

وقادت جينينتك تطوير تقنية الحمض النووي المؤتلف، التي تعتمد على إدخال جينات من كائن حي إلى كائن آخر لإنتاج بروتينات محددة. فكان بإمكان العلماء أخذ الجين البشري المسؤول عن إنتاج الإنسولين وإدخاله في الحمض النووي للبكتيريا، ثم تنمية البكتيريا في خزانات ضخمة. وبعد إدخال جين الإنسولين إليها، أصبحت البكتيريا تنتج الإنسولين البشري كما لو كان أحد بروتيناتها الطبيعية. وقد أتاح هذا الاختراق إنتاج البروتينات البشرية بكميات كبيرة من دون الحاجة إلى استخلاصها من الأنسجة البشرية أو الحيوانية.

لكن سرعان ما اتضح أن البكتيريا لا تستطيع إنتاج جميع البروتينات ذات الأهمية الطبية. فقد حاولت جينينتك استخدام هذه التقنية لإنتاج منشط البلازمينوجين النسيجي (tPA)، وهو بروتين طبيعي يذيب الجلطات الدموية ويُستخدم طبيًا لاستعادة تدفق الدم بعد الإصابة بالسكتة الدماغية.

وكان توفير مصدر موثوق لهذا البروتين، المعروف باسم «مذيب الجلطات»، يعني أن أقسام الطوارئ تستطيع إعطاءه بسرعة لاستعادة تدفق الدم، وتجنب موت أنسجة الدماغ الذي يبدأ خلال دقائق، مما قد يمنع الإعاقة الدائمة أو الوفاة.

لكن محاولات تصنيع منشط البلازمينوجين النسيجي داخل خلايا بكتيريا E. coli باءت بالفشل. فهذا البروتين أكبر من الإنسولين بنحو 12 مرة، ولم يكن يطوي نفسه بالشكل الصحيح داخل الخلايا البكتيرية، كما كان حجمه أكبر من أن يسمح له بالخروج عبر أغشية البكتيريا. ولذلك، كان لا بد من تكسير الخلايا البكتيرية وتنقية البروتين من المواد الأخرى، وهي عملية تتطلب خطوات استخلاص ومعالجة لاحقة مكلفة.

ولم تقتصر المشكلة على منشط البلازمينوجين النسيجي؛ فالبروتينات لا تُعالَج داخل الخلايا البكتيرية بالطريقة نفسها التي تُعالَج بها داخل الخلايا البشرية. إذ تحتاج البروتينات إلى اتخاذ بنية ثلاثية الأبعاد صحيحة حتى تؤدي وظائفها، لكن عملية الطي هذه لا تتم بكفاءة عالية في البكتيريا. كما أن كثيرًا من بروتينات الثدييات، على سبيل المثال، تكون مغطاة بسلاسل سكرية. وفي الأجسام المضادة، يؤثر هذا الغلاف السكري في كيفية ارتباطها بالخلايا المناعية. لكن البكتيريا تفتقر إلى الآليات اللازمة لإضافة هذه السكريات إلى البروتينات.

ولذلك، لا بد من تصنيع البروتينات المعقدة، مثل منشط البلازمينوجين النسيجي، داخل خلايا الثدييات. وجاء الحل مرة أخرى من القوارض. ففي أوائل ثمانينيات القرن العشرين، اكتشفت مجموعة من الباحثين في جامعات ستانفورد وكولومبيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا كيفية مضاعفة الجينات داخل خلايا مستخرجة من مبايض الهامستر الصيني، مما أدى إلى زيادة إنتاج البروتينات المؤتلفة.

وأصبحت خلايا مبايض الهامستر الصيني، المعروفة اختصارًا باسم «سي إتش أو» (CHO)، إلى جانب أنسنة الأجسام المضادة وتقنية الحمض النووي المؤتلف، إحدى التقنيات الأساسية لتصنيع الأدوية البيولوجية على نطاق صناعي واسع.

فقد أمكن لخط خلوي محسّن من خلايا مبايض الهامستر الصيني أن يفرز ضعف عدد الأجسام المضادة التي تنتجها الخلايا الهجينة في الخلية الواحدة يوميًا، وأحيانًا ما يصل إلى عشرة أضعاف ذلك. ومع هذه الإنتاجية المرتفعة، ظلت تنمية هذه الخلايا بكميات كبيرة تمثل تحديًا.

افترضت جينينتك أن خلايا الثدييات لن تنمو جيدًا داخل خزانات التخمير الفولاذية الكبيرة التي تُستخدم لتنمية الخميرة أو بكتيريا E. coli. فخلايا الثدييات ليست متينة مثل الخلايا البكتيرية أو خلايا الخميرة، التي تمتلك جدرانًا خلوية تحميها. ولذلك، اعتقد الباحثون أن الخلايا ستتحطم حتمًا أثناء عملية التحريك المستخدمة لتوزيع المغذيات والأكسجين بين الخلايا. وبدلًا من ذلك، نُمّيت خلايا الثدييات في البداية داخل زجاجات دوارة صغيرة، تعمل على تهويتها بلطف أثناء دورانها.

لكن الحاجة كانت قائمة إلى حل قابل للتوسع الصناعي. واقترح مهندس كيميائي تنمية خلايا مبايض الهامستر الصيني داخل خزان تخمير، مع تدوير المروحة الداخلية «ببطء شديد، شديد جدًا» لتجنب تمزق الخلايا الهشة بفعل الحركة. وبما أن خلايا الهامستر الصيني تنمو ببطء أكبر من بكتيريا E. coli، فإنها لا تحتاج إلى الكمية نفسها من الأكسجين. وعلى نحو مفاجئ، نجحت الطريقة، وتمكنت جينينتك من إنتاج كمية كافية من منشط البلازمينوجين النسيجي لإجراء التجارب السريرية، ثم طرحه تجاريًا.

وفي 13 نوفمبر 1987، أصبح منشط البلازمينوجين النسيجي الذي أنتجته جينينتك أول دواء صيدلاني توافق عليه إدارة الغذاء والدواء الأمريكية ويُصنّع باستخدام خلايا مبايض الهامستر الصيني.

وسارت شركات عديدة على خطى جينينتك، حتى أصبحت خلايا مبايض الهامستر الصيني مهيمنة على هذا المجال. واليوم، يُصنّع ما بين 70 و80 في المئة من الأدوية البيولوجية باستخدام هذه الخلايا.

فيتامين R

أتاح استخدام خلايا الثدييات بوصفها أنظمة إنتاج تصنيع فئة جديدة كاملة من البروتينات على نطاق صناعي، بما في ذلك الأجسام المضادة. وقد حققت تقنية الحمض النووي المؤتلف وخلايا الهامستر للأدوية البيولوجية ما حققته مصانع المواد الكيميائية الألمانية للأصباغ، إذ حولت عملية بيولوجية معقدة وغير منتظمة إلى عملية صناعية قابلة للتوسع.

وأصبحت جينينتك بحاجة إلى أفكار جيدة تحدد ما ينبغي تصنيعه، وقدمت شركة «آي دي إي سي» للتكنولوجيا الحيوية، ومقرها كاليفورنيا، إحدى هذه الأفكار. فقد كانت الشركة تعمل على تطوير دواء ريتوكسيماب، بعد اكتشاف أن بالإمكان استهداف خلايا الدم البلازمية السرطانية باستخدام الأجسام المضادة.

وكانت آي دي إي سي قد أنتجت دفعات صغيرة من ريتوكسيماب وأجرت عددًا من التجارب السريرية الأولية، وجاءت النتائج المبكرة مبشرة. فقد شهد بعض مرضى اللمفوما الجريبية انكماش أورامهم بأكثر من النصف بعد جرعة واحدة فقط.

لكن آي دي إي سي واجهت صعوبة في طرح ريتوكسيماب في الأسواق. ففي ذلك الوقت، لم يكن المستثمرون متحمسين لأدوية السرطان، إذ اعتقدوا أن السوق ستكون صغيرة للغاية، وأن الشركة تفتقر إلى القدرة على توسيع نطاق التصنيع وتسويق الدواء تجاريًا. واستعاد ديفيد مالوني، أحد الأطباء المشاركين في التجارب المبكرة لريتوكسيماب، تلك المرحلة قائلًا: «أظهرت جميع التحليلات أن السوق صغيرة إلى حد يبعث على السخرية. لم يكن الناس قادرين على تصور أن هذا الدواء يمكن تسويقه. لقد رفضهم الجميع».

وبالنظر إلى خبرة جينينتك في استخدام خلايا مبايض الهامستر الصيني، بدت شريكًا طبيعيًا للمشروع. وعلى الرغم من أن أحدًا لم يسبق له تصنيع دواء معقد مثل ريتوكسيماب، فإن جينينتك كانت تمتلك أكبر قدر من الخبرة في هذه التقنية الناشئة. واقترحت آي دي إي سي شراكة تساهم فيها جينينتك بالتمويل والخبرة التصنيعية مقابل الحصول على حصة من الإيرادات. وبعد الاطلاع على بيانات التجارب، اقتنعت جينينتك بالمشروع.

لم تكن عملية التصنيع الأولية لريتوكسيماب مناسبة للإنتاج بالكميات الكبيرة وبدرجة الانتظام اللازمة لبيعه على نطاق واسع. ولذلك، أعادت فرق آي دي إي سي تصميم العملية لاستخدام خطوط خلوية من مبايض الهامستر الصيني بدلًا من الخلايا الهجينة. كما استبدلت وسط النمو الذي كانت تُزرع فيه خلايا ريتوكسيماب. فبدلًا من مصل الأبقار الجنيني، وهو سائل مستخلص من أجنة الأبقار ومنتج ثانوي لصناعة اللحوم يحتوي على مواد تشجع نمو الخلايا، استخدمت وسط نمو اصطناعيًا بالكامل.

وحصل ريتوكسيماب على الموافقة عام 1997. وكانت الجرعة النهائية منه تبلغ ثلاثة غرامات كاملة من البروتينات المؤتلفة، وهي كمية كان من الصعب تصور إنتاجها لولا التحسينات التي أتاحت الانتقال من الخلايا الهجينة إلى خطوط خلايا مبايض الهامستر الصيني.

وقد أدت التحسينات اللاحقة في تصنيع المنتجات باستخدام خلايا الثدييات إلى خفض تكلفة إنتاج الأجسام المضادة المؤتلفة وحيدة النسيلة بمقادير كبيرة إضافية. واليوم، يتراوح سعر بيع هذه الأجسام المضادة عند الإنتاج التجاري واسع النطاق بين 50 و150 دولارًا للغرام الواحد، علمًا بأن الجرعة المعتادة من الجسم المضاد وحيد النسيلة تبلغ بضع مئات من الملليغرامات.

ويمتد أثر ريتوكسيماب في الطب إلى ما هو أبعد من استخدامه الأولي لعلاج اللمفوما الجريبية. فقد أصبح علاجًا أساسيًا لأنواع عديدة من لمفومات الخلايا البائية، وهي سرطانات تصيب نوعًا من خلايا الدم البيضاء، وأسهم في تحويل سرطانات كانت مميتة سابقًا إلى حالات يمكن السيطرة عليها. كما دخل في عدد كبير من الخطط العلاجية، إلى درجة دفعت بعض الأطباء المتخصصين إلى تسميته ساخرين «فيتامين R». بل أصبح يُستخدم أيضًا في علاج أمراض المناعة الذاتية، مثل التصلب المتعدد والتهاب المفاصل الروماتويدي والذئبة.

الأجسام المضادة وحيدة النسيلة للجميع

على خلاف توقعات بيرينغ، اتضح أنه لا توجد خاصية سحرية حصرية للدم أو لما أسماه «التنظيم الحيوي». ومن المرجح أن نواصل استبدال عمليات الإنتاج البيولوجية المعقدة بأنظمة هندسية مصممة لهذا الغرض، مما سيؤدي إلى خفض التكاليف وزيادة الإنتاج وتوسيع نطاق استخدام الأجسام المضادة وحيدة النسيلة.

قد تكون العلاجات بالأجسام المضادة قديمة، إذ يعود تاريخها إلى أكثر من مئة عام، لكنها لم تخرج من مرحلة الطفولة التقنية إلا في وقتنا الحاضر. ولا يزال أمامها مجال واسع للتطور.

أحد أسباب ذلك أن زيادة إنتاجية التصنيع نقلت عنق الزجاجة إلى مرحلة معالجة المنتج النهائي وتنقيته. فتعتمد معظم الشركات عملية قياسية تشمل استخلاص الجسم المضاد وحيد النسيلة، وترشيح الشوائب، وتعطيل أي فيروسات محتملة. ومن المواد المكلفة على نحو خاص في هذه العملية المرشحات المخصصة لإزالة فيروس البارفو، وهو فيروس صغير جدًا يحتوي على الحمض النووي ويصيب خلايا الهامستر الصيني.

تُستخدم المرشحات النانوية المتخصصة اللازمة لالتقاط هذه الجسيمات مرة واحدة فقط، ثم تُتلف، وتضيف ما بين دولارين وثلاثة دولارات إلى تكلفة إنتاج كل غرام. ولم تُسجل قط حالة موثقة لانتقال فيروس البارفو من الأجسام المضادة المصنعة إلى البشر، لكن الجهات التنظيمية تشترط استخدام هذه المرشحات بسبب المخاطر الافتراضية التي قد يتعرض لها المرضى ضعيفو المناعة.

ومن المرجح وجود فرص أخرى عديدة لخفض التكاليف بسهولة نسبية. فلم تتعرض الشركات لضغوط كبيرة تدفعها إلى خفض تكلفة إنتاج الأدوية بصورة صارمة. فارتفاع أسعار الأدوية في الاقتصادات المتقدمة يعني أن هامش الربح الإجمالي للأجسام المضادة وحيدة النسيلة قد يصل إلى 90 في المئة، كما أن أسعار هذه العلاجات لا ترتبط ارتباطًا وثيقًا بتكلفة تصنيعها.

وقد نجحت بعض أنظمة الإنتاج بالفعل في خفض التكلفة إلى 30 دولارًا للغرام الواحد. ويمكن للتصنيع المستمر، بدلًا من التصنيع على دفعات منفصلة، أن يخفض تكلفة الإنتاج بنسبة إضافية تبلغ 50 في المئة. أما مؤسسة غيتس، فتطمح إلى أبعد من ذلك؛ إذ أطلقت مؤخرًا «تحديًا كبيرًا» لاستقبال مقترحات بشأن تقنيات يمكنها خفض تكلفة تصنيع الأجسام المضادة وحيدة النسيلة إلى عشرة دولارات للغرام الواحد.

يعتمد تصميم الأجسام المضادة اليوم على استخدام الحيوانات لإنتاج جينات الأجسام المضادة، التي تُنقل بعد ذلك إلى نظام إنتاج مثل خلايا مبايض الهامستر الصيني. لكن مختبر ديفيد بيكر في جامعة واشنطن أظهر أن الذكاء الاصطناعي أصبح قادرًا على تصميم أجسام مضادة من الصفر، مما يلغي الحاجة إلى تحصين الحيوانات أو فحص مكتبات ضخمة من الأجسام المضادة المحتملة.

ففي حين قد تتطلب الطرق التقليدية لاكتشاف الأجسام المضادة فحص ملايين المرشحات للعثور على واحد فعال، يستطيع التصميم الحاسوبي التنبؤ بقدرة الأجسام المضادة على الارتباط بأهدافها افتراضيًا، ثم توليد تسلسلات محسّنة لها، يُؤمل أن تتطلب جرعات أقل لتحقيق التأثير العلاجي المطلوب.

وثمة طريقة أخرى لخفض التكاليف، وهي تصنيع أجسام مضادة أصغر حجمًا. وتُعرف الأجسام المضادة النانوية بأنها أجزاء من الأجسام المضادة تحتوي على منطقة الارتباط فقط. ويبلغ حجمها نحو عُشر حجم الجسم المضاد كامل الطول، مع احتفاظها بقدرتها على التعرف على أهدافها والارتباط بها وتحييدها. وهذه الأجسام المضادة المصغرة موجودة طبيعيًا بالفعل لدى الجمال واللاما والألبكة.

إذا انخفضت التكلفة إلى أقل من عشرة دولارات للغرام الواحد، فسيصبح من الممكن تطوير أجسام مضادة وحيدة النسيلة لمواجهة أمراض جديدة على نطاق عالمي. فهناك أمراض عديدة يمكن لهذه الأجسام المضادة أن تسهم في إنقاذ ملايين الأرواح بسببها، من بينها الملاريا وداء الكلب وحمى الضنك والتهابات الجهاز التنفسي.

وتتميز الأجسام المضادة وحيدة النسيلة بفاعلية خاصة في علاج الأمراض المعدية. كما أنها تمثل جزءًا مهمًا من الاستعداد للجوائح المستقبلية. فعلى سبيل المثال، تلقى دونالد ترامب علاجًا بأجسام مضادة وحيدة النسيلة مضادة لكوفيد 19، أنتجتها شركة ريجينيرون، عندما أُصيب بالفيروس.

ومن الأهداف الأخرى التي يمكن أن تستفيد من الأجسام المضادة منخفضة التكلفة علاج لدغات الثعابين، التي تتسبب في وفاة نحو 100 ألف شخص سنويًا. فمضادات السموم التي تستهدف سموم أنواع متعددة من الثعابين باهظة الثمن، ويصعب وصولها إلى الفئات الأكثر تضررًا، وهم عادة المزارعون الفقراء في المناطق الريفية. أما الأجسام المضادة وحيدة النسيلة الأقل تكلفة والأكثر استقرارًا في درجات الحرارة، فيمكن تخزينها واستخدامها ميدانيًا.

إن العالم الذي تتوافر فيه الأجسام المضادة وحيدة النسيلة بالانتشار نفسه الذي يتوافر به الأسبرين، وبتكلفة منخفضة مماثلة، يمكن أن يُحدث تحولًا جذريًا في طريقة تعاملنا مع معظم الأمراض تقريبًا، بما فيها الأمراض المعدية والجوائح المستقبلية وأمراض المناعة الذاتية والسرطان.

ويتطلب تحقيق هذا الواقع خفض التكاليف بمقدار إضافي يصل إلى مرتبة عشرية كاملة، بحيث تصبح أقل بكثير من عشرة دولارات للغرام الواحد. كما يتطلب رفع الطاقة التصنيعية من نحو 30 طنًا متريًا سنويًا في الوقت الحالي إلى مئات الأطنان أو آلافها. وربما كان هذا العالم بعيدًا كل البعد عن تصورات بيرينغ، لكنه أصبح اليوم في متناول أيدينا.

المصدر