免疫疗法已经彻底改变了癌症治疗，但治疗性抗体药物的发现过程仍然艰巨。然而，噬菌体展示等抗体技术的重大进步让我们可以从非动物的文库中开发出几乎任何抗原的全人源抗体。
单克隆抗体（mAb）的特异性使它们能够通过与细胞表面标志物结合来精确靶向癌细胞。一个例子是利妥昔单抗，可特异性结合细胞表面 B 细胞蛋白 CD20。利妥昔单抗从根本上改善了慢性淋巴细胞白血病等 B 细胞恶性肿瘤的预后。然而，由于利妥昔单抗是一种嵌合抗体，鼠源部分会在患者体内体内引起不必要的免疫原性反应。虽然人源化抗体已经能够减少免疫原性的问题，但全人源抗体对于生物治疗药物来说更理想，因为它们进一步降低了免疫原性。
生成 Fab 形式的全人源抗体合成文库
噬菌体展示技术提供了一种方法，通过该方法可以在体外从大型 DNA 文库中鉴定和分离编码具有特定特征的蛋白质的基因，并让该基因编码的具有抗原结合位点的抗体片段展示在噬菌体表面。这些抗体片段通常是重链可变结构域 (VHH)、单链可变片段 (scFv) 或抗原结合片段 (Fab) 形式。编码抗体片段的基因包含在噬菌体载体的表面基因中，提供基因型和表型之间的物理联系。这个由数十亿噬菌体组成的集合，每个噬菌体在其表面展示不同的抗体片段，被称为噬菌体展示库。
一种称为淘选的方法用于筛选Fab噬菌体展示文库以寻找可开发的先导候选药物（图1）。
图1. 通过淘选方法筛选噬菌体。将噬菌体展示抗体库与固定化的抗原一起孵育。显示特异性抗体的噬菌体依次被固定化，噬菌体显示，通过洗涤除去非特异性抗体。连续几轮淘选可以富集展示某种特异性抗体的噬菌体群体，并且从中可以分离单个克隆。（Alfaleh et al. 2020）
将目标抗原作为诱饵，以捕获特异性识别该抗原的展示噬菌体。通过洗涤去除非结合的，并在大肠杆菌中扩增展示抗原特异性抗体的噬菌体。连续几轮淘选获得高度富集的噬菌体群体，这些噬菌体展示抗原特异性的抗体片段。从这个富集的群体中可以分离出单个 Fab 基因，测序并表达为重组蛋白。使用噬菌体展示等体外过程的一个主要优点是可以轻松优化以达到所需的结果。例如，可以在淘选过程中加入其他蛋白质，以阻断具有不良交叉反应性的抗体。
变革性的技术
合成抗体库可以设计为仅利用最适合治疗性抗体开发的人源化抗体。此外，可以控制抗体互补决定区（或高变区）中每个位置的氨基酸分布，以避开噬菌体展示中可开发性问题或展示率相关的序列。
Bio-Rad 的 Pioneer 抗体库是一个庞大的功能性噬菌体展示 Fab 抗体库。通过二代测序推断该文库包含 2.15 x 10¹¹ 个抗体（比正常人免疫库大得多）。文库大小与已发表文库报告的抗体亲和力之间的相关性（Hentrich et al. 2018）表明，文库越大，与靶抗原结合的竞争就越激烈，赢得该竞争的抗体的亲和力就越高。
Pioneer 文库的巨大规模为发现对大多数抗原具有亚纳摩尔级亲和力的优质治疗性抗体提供了更大的机会。
Pioneer 文库采用专有的 SpyDisplay 方法（图2）进行设计，该方法利用 SpyTag 技术快速发现治疗性候选抗体。这种展示蛋白质的新方法省去了筛选和表达之间的亚克隆步骤，在噬菌体展示文库筛选后，编码展示蛋白的噬菌体从选择菌株中被分离出来，并用于转染不同的大肠杆菌表达菌株（在没有辅助噬菌体的情况下），使其仅表达展示的蛋白（Fab 抗体）。这使得该过程不易出错、更快、更高效，从而加快了抗体发现过程。
图2. 传统的噬菌体展示和 SayDisplay 技术。在传统的噬菌体展示中，使用另一个的噬菌体载体进行选择，并在筛选后表达单个克隆。筛选载体通常编码与 pIII 蛋白基因融合的 Fab 抗体，而表达载体单独编码 Fab 抗体。而使用 SpyDisplay 技术，则是一个载体同时用于选择和表达。该载体用融合在 Fab 重链 C 末端的 SpyTag 肽编码 Fab 抗体。pIII-SpyCatche r融合蛋白编码在用于噬菌体繁殖的大肠杆菌筛选菌株的基因组中。所有其他噬菌体蛋白均由辅助噬菌体编码。在大肠杆菌选择菌株内，SpyTag-Fab 融合蛋白将在噬菌体组装过程中自发共价结合 pIII-SpyCatcher 融合蛋白。
引领潮流
噬菌体展示后，从 Pioneer 文库中进一步筛选最合适的候选药物，以确保它们对目标抗原具有高度特异性，并检查可开发性以确保其适合作为药物。例如，低溶解度和聚集等问题可能会导致生产问题。然后进行进一步的筛选，只有从初筛的抗体片段中确定的最合适的候选药物才会被推进并针对药物开发进行优化。
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