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Una representación general del método utilizado para producir anticuerpos monoclonales. [1] [2]

Un anticuerpo monoclonal ( mAb o moAb ) es un anticuerpo elaborado mediante la clonación de un glóbulo blanco único . Todos los anticuerpos posteriores derivados de esta manera se remontan a una célula madre única.

Los anticuerpos monoclonales pueden tener afinidad monovalente , uniéndose solo al mismo epítopo (la parte de un antígeno que es reconocida por el anticuerpo). Por el contrario, los anticuerpos policlonales se unen a múltiples epítopos y normalmente son producidos por varios linajes de células plasmáticas secretoras de anticuerpos diferentes . También se pueden diseñar anticuerpos monoclonales biespecíficos aumentando las dianas terapéuticas de un anticuerpo monoclonal contra dos epítopos.

Es posible producir anticuerpos monoclonales que se unan específicamente a prácticamente cualquier sustancia adecuada; luego pueden servir para detectarlo o depurarlo. Esta capacidad se ha convertido en una herramienta importante en bioquímica , biología molecular y medicina .

Historia [ editar ]

En la década de 1900, el inmunólogo Paul Ehrlich propuso la idea de un Zauberkugel - " bala mágica ", concebido como un compuesto que se dirigía selectivamente a un organismo causante de enfermedades y podía administrar una toxina para ese organismo. Esto sustenta el concepto de anticuerpos monoclonales y conjugados de fármacos monoclonales. Ehrlich y Élie Metchnikoff recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1908 por proporcionar la base teórica de la inmunología.

Por la década de 1970, se conocen los linfocitos que producen un único anticuerpo, en forma de mieloma múltiple - un cáncer que afecta a las células B . Estos anticuerpos o paraproteínas anormales se utilizaron para estudiar la estructura de los anticuerpos, pero todavía no era posible producir anticuerpos idénticos específicos para un antígeno determinado . [3] : 324 En 1973, Jerrold Schwaber describió la producción de anticuerpos monoclonales utilizando células híbridas humano-ratón. [4] Este trabajo sigue siendo ampliamente citado entre los que utilizan hibridomas de origen humano . [5] En 1975, Georges Köhler y César Milsteinlogró hacer fusiones de líneas celulares de mieloma con células B para crear hibridomas que pudieran producir anticuerpos, específicos de antígenos conocidos y que fueran inmortalizados. [6] Ellos y Niels Kaj Jerne compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1984 por el descubrimiento. [6]

En 1988, Greg Winter y su equipo fueron pioneros en las técnicas para humanizar anticuerpos monoclonales, [7] eliminando las reacciones que muchos anticuerpos monoclonales causaban en algunos pacientes. En la década de 1990, la investigación avanzaba en el uso terapéutico de anticuerpos monoclonales, y en 2018, James P. Allison y Tasuku Honjo recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su descubrimiento de la terapia del cáncer mediante la inhibición de la regulación inmunitaria negativa, utilizando anticuerpos monoclonales que previenen enlaces inhibitorios. [8]

Producción [ editar ]

Investigadores que observan diapositivas de cultivos de células que producen anticuerpos monoclonales. Estos se cultivan en un laboratorio y los investigadores están analizando los productos para seleccionar los más prometedores.
Los anticuerpos monoclonales se pueden cultivar en cantidades ilimitadas en los frascos que se muestran en esta imagen.
Técnico llenando a mano los pozos con un líquido para una prueba de investigación. Esta prueba implica la preparación de cultivos en los que se cultivan híbridos en grandes cantidades para producir el anticuerpo deseado. Esto se logra fusionando una célula de mieloma y un linfocito de ratón para formar una célula híbrida ( hibridoma ).
El técnico de laboratorio se bañaba preparó los portaobjetos en una solución. Este técnico prepara portaobjetos de anticuerpos monoclonales para investigadores. Las células que se muestran están marcando el cáncer de mama humano .

Desarrollo de hibridoma [ editar ]

Gran parte del trabajo detrás de la producción de anticuerpos monoclonales se basa en la producción de hibridomas, que implica identificar células plasmáticas / plasmoblásticas específicas de antígeno (ASPC) que producen anticuerpos específicos para un antígeno de interés y fusionar estas células con células de mieloma . [6] Pueden usarse células B de conejo para formar un hibridoma de conejo . El polietilenglicol se usa para fusionar membranas plasmáticas adyacentes, [9] pero la tasa de éxito es baja, por lo que se usa un medio selectivo en el que solo pueden crecer las células fusionadas. Esto es posible porque las células de mieloma han perdido la capacidad de sintetizar hipoxantina-guanina-fosforribosil transferasa (HGPRT), una enzima necesaria para lasíntesis de rescate de ácidos nucleicos. La ausencia de HGPRT no es un problema para estas células a menos que también se interrumpa la vía de síntesis de purina de novo . La exposición de las células a la aminopterina (un análogo del ácido fólico , que inhibe la dihidrofolato reductasa , DHFR), las hace incapaces de utilizar la vía de novo y se vuelven completamente auxotróficas para los ácidos nucleicos , por lo que requieren suplementos para sobrevivir.

El medio de cultivo selectivo se denomina medio HAT porque contiene hipoxantina , aminopterina y timidina . Este medio es selectivo para células fusionadas ( hibridomas ). Las células de mieloma no fusionadas no pueden crecer porque carecen de HGPRT y, por lo tanto, no pueden replicar su ADN. Las células del bazo no fusionadas no pueden crecer indefinidamente debido a su limitada vida útil. Solo las células híbridas fusionadas, denominadas hibridomas, pueden crecer indefinidamente en el medio porque la pareja de células del bazo suministra HGPRT y la pareja de mieloma tiene rasgos que la hacen inmortal (similar a una célula cancerosa).

A continuación, esta mezcla de células se diluye y los clones se cultivan a partir de células parentales simples en pocillos de microtitulación. Los anticuerpos secretados por los diferentes clones se analizan luego para determinar su capacidad para unirse al antígeno (con una prueba como ELISA o ensayo de microarrays de antígenos) o inmunotransferencia . A continuación, se selecciona el clon más productivo y estable para su uso futuro.

Los hibridomas se pueden cultivar indefinidamente en un medio de cultivo celular adecuado. También se pueden inyectar en ratones (en la cavidad peritoneal , que rodea el intestino). Allí, producen tumores que secretan un líquido rico en anticuerpos llamado líquido ascítico .

El medio debe enriquecerse durante la selección in vitro para favorecer aún más el crecimiento de hibridomas. Esto se puede lograr mediante el uso de una capa de células de fibrocitos alimentadores o un medio de suplemento como briclona. Se pueden utilizar medios de cultivo condicionados por macrófagos. Normalmente se prefiere la producción en cultivo celular ya que la técnica de la ascitis es dolorosa para el animal. Donde existen técnicas alternativas, la ascitis se considera poco ética . [10]

Nueva tecnología de desarrollo de mAb [ editar ]

Recientemente se han desarrollado varias tecnologías de anticuerpos monoclonales, [11] como la presentación de fagos , [12] cultivo de células B individuales, [13] amplificación de células individuales de varias poblaciones de células B [14] [15] [16] [17] [18 ] y tecnologías de interrogación de células plasmáticas individuales. A diferencia de la tecnología de hibridomas tradicional, las tecnologías más nuevas utilizan técnicas de biología molecular para amplificar las cadenas pesadas y ligeras de los genes de anticuerpos mediante PCR y producir en sistemas bacterianos o de mamíferos con recombinantestecnología. Una de las ventajas de las nuevas tecnologías es aplicable a múltiples animales, como conejo, llama, pollo y otros animales experimentales comunes en el laboratorio.

Purificación [ editar ]

Después de obtener una muestra de medio de hibridomas cultivados o una muestra de líquido ascítico, se deben extraer los anticuerpos deseados. Los contaminantes de las muestras de cultivos celulares consisten principalmente en componentes de los medios como factores de crecimiento, hormonas y transferrinas . Por el contrario, es probable que la muestra in vivo tenga anticuerpos, proteasas , nucleasas , ácidos nucleicos y virus del huésped . En ambos casos, pueden estar presentes otras secreciones de los hibridomas como las citocinas . También puede haber contaminación bacteriana y, como resultado, endotoxinas.que son secretadas por las bacterias. Dependiendo de la complejidad de los medios requeridos en el cultivo celular y por lo tanto de los contaminantes, puede ser preferible uno u otro método ( in vivo o in vitro ).

La muestra se acondiciona primero o se prepara para su purificación. En primer lugar, se eliminan las células, los restos celulares, los lípidos y el material coagulado, normalmente mediante centrifugación seguida de filtración con un filtro de 0,45 µm. Estas partículas grandes pueden causar un fenómeno llamado ensuciamiento de la membrana en pasos posteriores de purificación. Además, la concentración de producto en la muestra puede no ser suficiente, especialmente en los casos en los que el anticuerpo deseado es producido por una línea celular de baja secreción. Por tanto, la muestra se concentra mediante ultrafiltración o diálisis .

La mayoría de las impurezas cargadas suelen ser aniones , como ácidos nucleicos y endotoxinas. Estos pueden separarse mediante cromatografía de intercambio iónico . [19] De cualquier catión de intercambio de cromatografía se utiliza a una lo suficientemente bajo pH que el deseado anticuerpo se une a la columna mientras que los aniones fluyen a través de, o cromatografía de intercambio aniónico se utiliza a un pH alto suficiente que el anticuerpo deseado fluye a través de la columna mientras que los aniones se unen a eso. También se pueden separar varias proteínas junto con los aniones en función de su punto isoeléctrico.(Pi). En las proteínas, el punto isoeléctrico (pI) se define como el pH al que una proteína no tiene carga neta. Cuando el pH> pI, una proteína tiene una carga neta negativa, y cuando el pH <pI, una proteína tiene una carga neta positiva. Por ejemplo, la albúmina tiene un pI de 4.8, que es significativamente más bajo que el de la mayoría de los anticuerpos monoclonales, que tienen un pI de 6.1. Por tanto, a un pH entre 4,8 y 6,1, es probable que la carga media de las moléculas de albúmina sea más negativa, mientras que las moléculas de mAbs están cargadas positivamente y, por tanto, es posible separarlas. La transferrina, por otro lado, tiene un pI de 5.9, por lo que no se puede separar fácilmente con este método. Una diferencia en pI de al menos 1 es necesaria para una buena separación.

En cambio, la transferrina se puede eliminar mediante cromatografía de exclusión por tamaño . Este método es una de las técnicas de cromatografía más fiables. Dado que se trata de proteínas, propiedades como la carga y la afinidad no son consistentes y varían con el pH a medida que las moléculas se protonan y desprotonan, mientras que el tamaño permanece relativamente constante. No obstante, presenta inconvenientes como baja resolución, baja capacidad y tiempos de elución reducidos .

A, método mucho más rápido de un solo paso de la separación es la proteína A / G cromatografía de afinidad . El anticuerpo se une selectivamente a la proteína A / G, por lo que se obtiene un alto nivel de pureza (generalmente> 80%). Sin embargo, este método puede ser problemático para los anticuerpos que se dañan fácilmente, ya que generalmente se utilizan condiciones duras. Un pH bajo puede romper los enlaces para eliminar el anticuerpo de la columna. Además de afectar posiblemente al producto, el pH bajo puede hacer que la proteína A / G se escape de la columna y aparezca en la muestra eluida. Se encuentran disponibles sistemas tampón de elución suaves que emplean altas concentraciones de sal para evitar la exposición de anticuerpos sensibles a un pH bajo. El costo también es una consideración importante con este método porque la proteína A / G inmovilizada es una resina más cara.

Para lograr la máxima pureza en un solo paso, se puede realizar una purificación por afinidad, utilizando el antígeno para proporcionar especificidad para el anticuerpo. En este método, el antígeno usado para generar el anticuerpo se une covalentemente a un soporte de agarosa . Si el antígeno es un péptido , comúnmente se sintetiza con una cisteína terminal , que permite la unión selectiva a una proteína transportadora, como KLH.durante el desarrollo y para apoyar la purificación. A continuación, el medio que contiene el anticuerpo se incuba con el antígeno inmovilizado, ya sea en lotes o cuando el anticuerpo se pasa a través de una columna, donde se une selectivamente y puede retenerse mientras se eliminan las impurezas. Luego se usa una elución con un tampón de pH bajo o un tampón de elución con alto contenido de sal más suave para recuperar el anticuerpo purificado del soporte.

Heterogeneidad de anticuerpos [ editar ]

La heterogeneidad del producto es común en los anticuerpos monoclonales y otros productos biológicos recombinantes y típicamente se introduce corriente arriba durante la expresión o corriente abajo durante la fabricación. [ cita requerida ]

Estas variantes son típicamente agregados, productos de desamidación , variantes de glicosilación , cadenas laterales de aminoácidos oxidados, así como adiciones de aminoácidos amino y carboxilo terminales. [20] Estos cambios estructurales aparentemente minúsculos pueden afectar la estabilidad preclínica y la optimización del proceso, así como la potencia, biodisponibilidad e inmunogenicidad del producto terapéutico . El método de purificación generalmente aceptado de las corrientes de proceso para anticuerpos monoclonales incluye la captura del producto objetivo con proteína A , elución, acidificación para inactivar posibles virus de mamíferos, seguido de cromatografía iónica , primero con perlas de aniones.y luego con perlas catiónicas. [ cita requerida ]

La cromatografía de desplazamiento se ha utilizado para identificar y caracterizar estas variantes, a menudo invisibles, en cantidades adecuadas para regímenes de evaluación preclínica posteriores, como los estudios farmacocinéticos en animales . [21] [22] El conocimiento adquirido durante la fase de desarrollo preclínico es fundamental para mejorar la comprensión de la calidad del producto y proporciona una base para la gestión de riesgos y una mayor flexibilidad regulatoria. La reciente iniciativa Quality by Design de la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA, por sus siglas en inglés) intenta brindar orientación sobre el desarrollo y facilitar el diseño de productos y procesos que maximicen el perfil de eficacia y seguridad al tiempo que mejoran la capacidad de fabricación del producto. [23]

Recombinante [ editar ]

La producción de anticuerpos monoclonales recombinantes implica tecnologías de clonación de repertorio , CRISPR / Cas9 o presentación de fagos / presentación de levadura . [24] La ingeniería de anticuerpos recombinantes implica la producción de anticuerpos mediante el uso de virus o levaduras , en lugar de ratones. Estas técnicas se basan en la clonación rápida de segmentos de genes de inmunoglobulina para crear bibliotecas de anticuerpos con secuencias de aminoácidos ligeramente diferentes de las que se pueden seleccionar anticuerpos con las especificidades deseadas. [25] Las bibliotecas de anticuerpos de fagos son una variante de las bibliotecas de antígenos de fagos. [26]Estas técnicas pueden usarse para mejorar la especificidad con la que los anticuerpos reconocen los antígenos, su estabilidad en diversas condiciones ambientales, su eficacia terapéutica y su detectabilidad en aplicaciones de diagnóstico. [27] Las cámaras de fermentación se han utilizado para la producción de anticuerpos a gran escala.

Anticuerpos quiméricos [ editar ]

Si bien los anticuerpos de ratón y humanos son estructuralmente similares, las diferencias entre ellos fueron suficientes para invocar una respuesta inmune cuando se inyectaron anticuerpos monoclonales murinos en humanos, lo que resultó en su rápida eliminación de la sangre, así como efectos inflamatorios sistémicos y la producción de anti- anticuerpos de ratón (HAMA).

El ADN recombinante se ha explorado desde finales de la década de 1980 para aumentar los tiempos de residencia. En un enfoque, el ADN de ratón que codifica la porción de unión de un anticuerpo monoclonal se fusionó con el ADN productor de anticuerpos humanos en células vivas. La expresión de este ADN " quimérico " o "humanizado" a través del cultivo celular produjo anticuerpos en parte de ratón y en parte de humanos. [28] [29]

Anticuerpos humanos [ editar ]

Se han desarrollado enfoques para aislar anticuerpos monoclonales humanos [11]

Desde el descubrimiento de que se podían generar anticuerpos monoclonales, los científicos se han centrado en la creación de productos totalmente humanos para reducir los efectos secundarios de los anticuerpos humanizados o quiméricos. Se han identificado varios enfoques exitosos: ratones transgénicos , [30] presentación de fagos [12] y clonación de células B únicas: [11]

En noviembre de 2016, trece de las diecinueve terapias de anticuerpos monoclonales completamente humanos en el mercado se derivaron de la tecnología de ratones transgénicos.

Las organizaciones de adopción que comercializan tecnología transgénica incluyen:

  • Medarex , que comercializó la plataforma UltiMab. Medarex fue adquirida en julio de 2009 por Bristol Myers Squibb [31]
  • Abgenix, que comercializó la tecnología Xenomouse. Abgenix fue adquirida en abril de 2006 por Amgen . [32]
  • Tecnología VelocImmune de Regeneron Pharmaceuticals . [33]
  • Kymab, que comercializan su tecnología Kymouse. [34]
  • Plataforma OmniRat ™ y OmniMouse ™ de Open Monoclonal Technology. [35]
  • Trianni, Inc . - que comercializan su plataforma TRIANNI Mouse. [36]
  • Ablexis, LLC, que comercializan su plataforma AlivaMab Mouse. [37]

La presentación de fagos puede usarse para expresar dominios de anticuerpos variables en proteínas de la cubierta del fago filamentoso (proteína de la cubierta del fago principal ). [38] [39] [40] Estos anticuerpos de presentación de fagos se pueden utilizar para diversas aplicaciones de investigación. [41] [42] ProAb se anunció en diciembre de 1997 [43] e involucró un cribado de alto rendimiento de bibliotecas de anticuerpos contra tejido enfermo y no enfermo, mientras que Proximol utilizó una reacción enzimática de radicales libres para marcar moléculas en las proximidades de una proteína determinada. [44] [45]

Los anticuerpos monoclonales han sido aprobados para tratar el cáncer , enfermedades cardiovasculares , enfermedades inflamatorias , degeneración macular , rechazo de trasplantes , esclerosis múltiple y la infección viral .

En agosto de 2006, Pharmaceutical Research and Manufacturers of America informó que las empresas estadounidenses tenían 160 anticuerpos monoclonales diferentes en ensayos clínicos o en espera de la aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos . [46]

Costo [ editar ]

Los anticuerpos monoclonales son más costosos de fabricar que las moléculas pequeñas debido a los complejos procesos involucrados y al tamaño general de las moléculas, todo esto además de los enormes costos de investigación y desarrollo que implica llevar una nueva entidad química a los pacientes. Tienen un precio que permite a los fabricantes recuperar los costos de inversión generalmente altos, y donde no hay controles de precios, como en los Estados Unidos, los precios pueden ser más altos si proporcionan un gran valor. Siete investigadores de la Universidad de Pittsburgh concluyeron: "El precio anual de las terapias con mAb es aproximadamente $ 100,000 más alto en oncología y hematología que en otros estados patológicos", comparándolos por paciente, con los de trastornos cardiovasculares o metabólicos, inmunología, enfermedades infecciosas, alergia y oftalmología.[47]

Aplicaciones [ editar ]

Pruebas de diagnóstico [ editar ]

Una vez que se han producido anticuerpos monoclonales para una sustancia determinada, se pueden usar para detectar la presencia de esta sustancia. Las proteínas se pueden detectar mediante las pruebas de inmunotransferencia y inmunotransferencia . En inmunohistoquímica , los anticuerpos monoclonales se pueden usar para detectar antígenos en secciones de tejido fijadas y, de manera similar, la inmunofluorescencia se puede usar para detectar una sustancia en una sección de tejido congelada o en células vivas.

Usos analíticos y químicos [ editar ]

Los anticuerpos también se pueden usar para purificar sus compuestos diana a partir de mezclas, usando el método de inmunoprecipitación .

Usos terapéuticos [ editar ]

Los anticuerpos monoclonales terapéuticos actúan a través de múltiples mecanismos, como el bloqueo de las funciones de las moléculas diana, la inducción de la apoptosis en las células que expresan la diana o la modulación de las vías de señalización. [48] [49]

Tratamiento del cáncer [ editar ]

Un posible tratamiento para el cáncer involucra anticuerpos monoclonales que se unen solo a antígenos específicos de células cancerosas e inducen una respuesta inmune contra la célula cancerosa diana. Dichos mAb pueden modificarse para el suministro de una toxina , radioisótopo , citocina u otro conjugado activo o para diseñar anticuerpos biespecíficos que puedan unirse con sus regiones Fab tanto al antígeno diana como a un conjugado o célula efectora. Cada anticuerpo intacto puede unirse a receptores celulares u otras proteínas con su región Fc .

Anticuerpos monoclonales contra el cáncer. ADEPT , terapia con profármacos enzimáticos dirigidos por anticuerpos; ADCC : citotoxicidad mediada por células dependiente de anticuerpos; CDC: citotoxicidad dependiente del complemento ; MAb: anticuerpo monoclonal; scFv, fragmento Fv monocatenario. [50]

Los MAbs aprobados por la FDA para el cáncer incluyen: [51]

  • Alemtuzumab
  • Bevacizumab
  • Cetuximab
  • Gemtuzumab ozogamicina
  • Ipilimumab
  • Ofatumumab
  • Panitumumab
  • Pembrolizumab
  • Ranibizumab
  • Rituximab
  • Trastuzumab

Enfermedades autoinmunes [ editar ]

Los anticuerpos monoclonales usados ​​para enfermedades autoinmunes incluyen infliximab y adalimumab , que son efectivos en artritis reumatoide , enfermedad de Crohn , colitis ulcerosa y espondilitis anquilosante por su capacidad para unirse e inhibir TNF-α . [52] El basiliximab y el daclizumab inhiben la IL-2 en las células T activadas y, por lo tanto, ayudan a prevenir el rechazo agudo de los trasplantes de riñón. [52] Omalizumab inhibe la inmunoglobulina E humana(IgE) y es útil en el tratamiento del asma alérgica de moderada a grave .

Ejemplos de anticuerpos monoclonales terapéuticos [ editar ]

Los anticuerpos monoclonales para aplicaciones de investigación se pueden encontrar directamente de los proveedores de anticuerpos o mediante el uso de un motor de búsqueda especializado como CiteAb . A continuación se muestran ejemplos de anticuerpos monoclonales clínicamente importantes.

Efectos secundarios [ editar ]

Varios anticuerpos monoclonales, como bevacizumab y cetuximab , pueden causar diferentes tipos de efectos secundarios. [56] Estos efectos secundarios se pueden clasificar en efectos secundarios comunes y graves. [57]

Algunos efectos secundarios comunes incluyen:

  • Mareo
  • Dolores de cabeza
  • Alergias
  • Diarrea
  • Tos
  • Fiebre
  • Picor
  • Dolor de espalda
  • Debilidad general
  • Pérdida de apetito
  • Insomnio
  • Estreñimiento [58]

Entre los posibles efectos secundarios graves se encuentran:

  • Anafilaxia
  • Sangrado
  • Coágulos sanguíneos arteriales y venosos
  • Tiroiditis autoinmune
  • Hipotiroidismo
  • Hepatitis
  • Insuficiencia cardiaca
  • Cáncer
  • Anemia
  • Disminución de glóbulos blancos
  • Estomatitis
  • Enterocolitis
  • Perforación gastrointestinal
  • Mucositis [58]

Ver también [ editar ]

  • Affimer
  • Mimético de anticuerpos
  • Aptamer
  • Inmunotoxinas , que a veces utilizan anticuerpos monoclonales como mecanismo de direccionamiento.
  • Lista de anticuerpos monoclonales
  • Terapia de anticuerpos monoclonales
  • Nomenclatura de anticuerpos monoclonales
  • Anticuerpos policlonales
  • Diario de anticuerpos monoclonales

Referencias [ editar ]

  1. ^ "El metabolismo de fármacos y carcinógenos mediado por el citocromo P450 mediante anticuerpos monoclonales" . home.ccr.cancer.gov . Consultado el 2 de abril de 2018 .
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Lectura adicional [ editar ]

  • Resumen histórico de 2019 de los anticuerpos monoclonales en la revista Nature
  • Anticuerpos monoclonales , del libro de texto de biología en línea de John W. Kimball

Enlaces externos [ editar ]

  • Anticuerpos monoclonales + en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  • Antibodypedia , repositorio virtual de acceso abierto que publica datos y comentarios sobre cualquier anticuerpo disponible para la comunidad científica.
  • Manual de purificación de anticuerpos