陈 洁 （江苏省无锡市辅仁高级中学 江苏无锡 214123）

“精准医学”是近几年生物医学的高频热门词汇。在人教版选修3《现代生物科技专题》中，以国内、外重大科学技术和成果为素材，构建生物科学发展与人类文明的联系。在“动物细胞融合与单克隆抗体”一节教学中，让学生有机会近距离接触“精准医学”中的探索、发展与应用，在开阔眼界的同时，激发学习热情，增强社会责任意识。

1 “精准医学”概述

从古至今，人类疾病带来的灾难远超过战争的危害。例如14世纪欧洲爆发的鼠疫（黑死病）夺走了2 500 万人的性命，占欧洲总人口的1／3；18世纪欧洲死于天花的人数在1.5 亿以上；19世纪死于结核病的人数超过2 亿。随着抗生素的发现、疫苗的研制，这些由病原微生物引发的致病性强、致死率高的传染病已得到有效的预防、控制和治疗。但人类疾病并未偃旗息鼓，仍顽强地与医学技术“共同进化”。近百年来，由于人类的生存条件极大改善，寿命延长，以及不可回避的环境问题，癌症已然跃居成为威胁人类健康的最大杀手。

1.1 “精准医学”的概念 人类与癌症的战斗已延续百年。从19世纪末利用X 射线杀死病灶癌细胞的放疗，到20世纪中叶用氮芥治疗恶性淋巴瘤的化疗［1］。这些技术一路走来不断发展，有的敌我不分，有的副作用太大，让人爱之不能、弃之可惜。

“精准医学”是近几年最时髦的医学词汇之一，即根据每个病人的特征制定个性化治疗方案。它由“个性化医疗”联合最新的基因检测技术发展而来。精准医学尚处于起步阶段，计划分2 步走，第1 步侧重于癌症的预防、诊断和治疗；第2 步全面推广到各种疾病。

1.2 “精准医学”的目标 相比传统医学的治“已病”，精准医学的优势体现在治“未病”，例如癌症的早期诊断和预防。2014年启动的高通量基因测序，应用于多种实体肿瘤的检测(例如肺癌、乳腺癌、结肠癌和肝癌等)，医生可根据基因测序的结果采取相应措施。好莱坞巨星安吉丽娜·朱莉就是精准医学的经典案例。其家族女性高发乳腺癌，但她本人未患癌症。她通过基因测序发现体内存在遗传缺陷基因BRCA1，该基因可导致87%罹患乳腺癌和50%罹患卵巢癌的风险。安吉丽娜决定通过切除乳腺和卵巢降低乳腺癌和卵巢癌的发生风险。

分子生物学技术在飞速发展的同时，细胞工程技术也不甘落后。1975年英国的2 位科学家成功诱导免疫B 细胞和骨髓瘤细胞融合获得杂交瘤细胞，利用杂交瘤细胞大量制备单克隆抗体。单克隆抗体的横空出世，使精准医学在癌症的精准治疗方面，实现了质的飞跃。

2 走进“精准医学”的课堂

不同于放疗与化疗，抗体是癌症治疗中的完美“武器”。利用抗体与癌细胞表面抗原类物质发生特异性识别的原理，实现对癌细胞的精准定位，再结合其他化学药物将癌细胞置于死地，此举对正常细胞的伤害极大减少。

2.1 创新思维开辟新方向 早在19世纪后期，科学家发现给小鼠多次注射特定抗原，会刺激小鼠产生免疫反应，从小鼠的血清中能提取到抗体。但血清抗体来自多种免疫B 细胞，种类多，针对特定抗原的抗体纯度低、特异性差。若能获得识别特定抗原（表位）的特异性单克隆免疫B 细胞，由其增殖产生的抗体（单克隆抗体），则纯度高、特异性强。这种完美的“武器”为癌症靶向治疗开辟了新方向。

科学家发现，自然界中存在被病毒感染后的动物细胞融合成多核细胞的现象。科学家利用这一自然现象在体外成功诱导动物细胞融合，并将杂交细胞培养成活。这为杂交瘤细胞的融合与培养提供了技术支持。除了病毒诱导外，化学试剂、太空微重力条件下电融合等手段也在不断改进与创新，杂交瘤细胞融合和培养的成功率不断攀升。

2.2 科学探索制造新产品 无论通过什么手段诱导细胞融合，融合产物都非常复杂。有未融合的细胞、相同类型融合的细胞，以及不同类型融合的细胞（图1）。所以必须经过筛选才能获得由不同类型融合的杂交瘤细胞。

图1 诱导动物细胞融合

细胞合成DNA 通常有2 条途径：1）主要途径，利用糖和氨基酸合成核苷酸，进而合成DNA。2）替代途径，通过HGPRT 利用核苷酸的前体合成核苷酸，进而合成DNA。

在基本培养基中添加次黄嘌呤（hypoxanthine-H）、甲氨蝶呤（aminopterin-A）和胸腺嘧啶核苷（thymidine-T）3 种成分，称其为HAT 培养基，它能对诱导融合后的不同类型细胞进行筛选。其中，A 可阻断DNA 合成的 第1 条途径，H 和T 则是替代途径中合成核苷酸的原料。

实验中的小鼠骨髓瘤细胞是一类HGPRT 代谢缺陷型细胞。因此在HAT 培养基中，未融合与融合的骨髓瘤细胞在甲氨蝶呤A 的阻遏下不能合成DNA，细胞因无法增殖而死亡（图2）。未融合与融合的免疫B 细胞，因本身不具备增殖能力，5～7 d 也凋亡了。最终在HAT 培养基中，只有杂交瘤细胞可通过替代途径合成DNA，细胞正常增殖而存活下来。HAT 培养基能筛选出杂交瘤细胞。

图2 HAT 培养基筛选杂交瘤细胞

第1 次筛选能获得若干杂交瘤细胞，它们不仅具有无限增殖的能力，也含抗体基因，但基因的存在并不决定其是否表达。所以众多杂交瘤细胞有些不产生抗体，有些产生专一抗体（效价有区别），还有些产生非专一抗体。

第2 次筛选是为了获得能产生专一抗体的杂交瘤细胞。将杂交瘤细胞培养液通过有限稀释的方法将细胞分开，再进行细胞的克隆化培养，获得单克隆细胞群。最后利用抗体筛选技术，例如酶联免疫吸附测定（ELISA）、免疫荧光标记法（IFA）等，对单克隆细胞产生的抗体进行阳性检测，即可筛选出能产生专一抗体的杂交瘤细胞（图3）。

图3 筛选产生专一抗体的杂交瘤细胞

有很多方法可利用杂交瘤细胞生产特异性强、灵敏度高的单克隆抗体。目前最常用的方法是向小鼠体内注射杂交瘤细胞，制备腹水。先向小鼠腹腔注射0.5 mL 液体石蜡，1～2 周后向腹腔注射1×106个杂交瘤细胞，接种7～10 d 后，腹腔渗透压升高致使体液渗入腹腔形成腹水，采集腹水，其单克隆抗体的浓度可达5～20 mg／mL。体外也可大量培养杂交瘤细胞，收集培养液的上清液也可提取单克隆抗体。单克隆抗体的浓度仅为10～60 μg／mL，若大量生产，成本较高。

单抗制备过程非常繁琐复杂。生物科技的奇妙之处在于“巧夺天工”，借助自然提供的“工作母机”改造自然。科学家历经几十年的不断探索、改进和完善实验流程，最终成功打造出优于血清抗体的单抗产品，并成功应用于新药研发，诊断与治疗多种疾病。

2.3 生物技术打造新产业 单抗药物是由单抗和化学药物组合成的“生物导弹”，其特异性靶向癌细胞的能力，不仅可减少对正常细胞的伤害，还能有效减少药物的剂量。相比放疗和化疗，单抗药物具有明显优势。单抗产业展示了蓬勃发展的市场前景。例如美国食品与药品管理局在1998年批准了“赫赛汀”上市，用于治疗女性发病率最高的乳腺癌。该药在国内售价高达2.5 万元／支。患者一个疗程至少需要14 支。为了延续生命，患者不得不使用如此昂贵的天价药。全球单抗产业的销售额从1999年12 亿美元不断攀升，2004年103 亿美元，2009年400 亿美元，2015年980 亿美元［2］。这组数据显示生物技术产业的良好前景，以此鼓励学生学好生物学，同时引导学生感受肩上的责任。

3 “精准医学”的价值体现

3.1 医学价值 抗原-抗体特异性识别与结合是单抗药物用于精准治疗和诊断的基础。由于单抗药物的特异性和靶向性，近年来其在癌症诊断和治疗中具有不可或缺的一席之地。除此以外，其在自身免疫疾病、心血管疾病、器官移植排斥等领域也有了长足的进展。例如临床上用丙种球蛋白预防病毒性肝炎、麻疹、风疹；用类风湿因子诊断类风湿性关节炎；还可用于治疗免疫缺陷性疾病等。

然而单抗并非尽善尽美。临床上最早使用的单抗是鼠源性的。1986年首个鼠源单抗药物诞生，人体使用存在免疫排斥反应。1984年出现嵌合重组抗体技术，直到1994年美国才批准首个嵌合抗体药物上市。1997年首个人源化单抗药物诞生，这是利用蛋白质工程对鼠源性的抗体基因进行人工改造，运用基因工程大量制备获得的。这项工程技术的不断成熟正推动着单抗药物在医学诊断治疗中的飞速发展。

3.2 情感教育价值 单抗药物是针对某一特定疾病（很多都是小众化群体）的诊断与治疗，因其使用范围非常有限，药物研制的高昂成本推高了药物的价格。电影《我不是药神》从社会的角度，反映了普通百姓用不起天价抗癌药的心酸，也反映了制药企业因研发成本高昂无法大幅降价的无奈。这组矛盾的冲突可作为鼓励学生的基点，让其体会到高中阶段所学的生物学知识，将来大有用武之地。也许有一天单抗药物就像抗生素一样普及，这将福泽千千万万需要治疗的患者。通过课堂鼓励学生参与社会热点话题，逐步培养学生的社会责任意识。

从人类医学的发展史不难看出，科技的飞速发展改善人们的生活，也改变人类生活的环境。环境和环境生物也正以前所未有的速度与人类一起演化，并反作用于人类。人类不可能将所有疾病及相关的病原微生物彻底消灭，唯我独尊。通过课堂教学，学生能体会到只有遵循生命发展的规律，与自然和谐共存，逐步构建结构与功能、稳态与平衡、进化与适应的科学观念。

3.3 对“精准教学”发展的启示 医学需要靶向和精准，教学也是如此。教学也要提倡“精准教学”。“精准教学”是20世纪60年代提出的一种教学方法。是指教师根据课程标准、教材和学生情况，遵循教学认知规律，聚焦课堂教学价值，把握教学目标和内容，构建教学结构，细化教学流程，促进学生获得整合、协调、可持续的发展，实现预期目标的活动过程。即教学目标精准、教学过程精准、教学效果精准。教学的靶点就是个性化的学生，教师应精细化研究学生的共性和差异，精准指导教学过程的开展、教学目标的落实和教学效果的反馈。

随着大数据时代的到来，“精准教学”将迎来春天。用人工智能助力教学发展，以大数据为基础的学习数据采集、发展性评价、个性化学习资源推荐等，为学生提供个性化学习方案，为教育工作者减负增效，真正将精准教学、因材施教落到实处。