分批投料模式下非等活性抗体-抗原体系凝胶化区域的动态Monte Carlo模拟

doi:10.7503/cjcu20250231

高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (12): 20250231.doi: 10.7503/cjcu20250231

分批投料模式下非等活性抗体-抗原体系凝胶化区域的动态Monte Carlo模拟

张子茹¹, 李江涛¹, 顾芳¹(), 王海军¹^,²^,³()

^1.河北大学化学与材料科学学院
^2.河北省化学生物学重点实验室
^3.药物化学与分子诊断教育部重点实验室, 保定 071002

收稿日期:2025-08-21 出版日期:2025-12-10 发布日期:2025-11-04
通讯作者: 顾芳,王海军 E-mail:fanggu@hbu.edu.cn;whj@hbu.edu.cn
基金资助:
河北省中央引导地方科技发展资金(236Z7601G);河北大学多学科交叉研究项目(DXK202112)

Kinetic Monte Carlo Simulation of the Gelation Regions of Semi-batch Nonequal Reactive Antibody-Antigen Systems

ZHANG Ziru¹, LI Jiangtao¹, GU Fang¹(), WANG Haijun¹^,²^,³()

^1.College of Chemistry and Material Science
^2.Chemical Biology Key Laboratory of Hebei Province
^3.Key Laboratory of Medicinal Chemistry and Molecular Diagnosis，Ministry of Education，Hebei University，Baoding 071002，China

Received:2025-08-21 Online:2025-12-10 Published:2025-11-04
Contact: GU Fang, WANG Haijun E-mail:fanggu@hbu.edu.cn;whj@hbu.edu.cn
Supported by:
the Central Guidance on Local Science and Technology Development Fund of Hebei Province, China(236Z7601G);the Interdisciplinary Research Program of Natural Science of Hebei University, China(DXK202112)

摘要/Abstract

摘要：

通过动态Monte Carlo模拟方法对兼具多批次反应和非等活性的抗体-抗原体系的凝胶化区域进行了研究. 模拟不同投料次数和非等活性条件下的 $[A g] 3$ - $[A b] 2$ 体系, 给出了临界反应程度与基团(抗原表位和抗体对位)摩尔比之间的变化关系. 在此基础上, 进一步计算了不同条件下相邻批次间的临界反应程度增量, 从而明确了抗体-抗原体系的等价区为1~1.5. 研究结果表明, 当体系中大尺寸抗体-抗原复合物的生长占据主导地位时, 等价区内各批次间的临界反应程度增量基本一致, 因此相应各批次的凝集反应均可用于免疫应答的定量化分析. 如果体系中以小尺寸复合物的生长为主, 则各批次的凝集反应仅可进行定性或半定量的免疫测试. 本文旨在揭示相关因素对体系凝胶化进程的调控机制, 为精准研究抗体和抗原分子的生物活性、免疫性的定量评价及药物靶向治疗提供可借鉴的理论线索.

关键词: 抗体-抗原复合物, 凝胶化区域, 分批投料, 非等活性, 动态Monte Carlo模拟

Abstract:

A kinetic Monte Carlo simulation is performed to investigate the gelation regions for the antibody-antigen system of $[A g] 3$ - $[A b] 2$ type， involving the semi-batch and nonequal reactivity. Specifically， the gelation regions consisting of critical and maximum conversions for various molar ratios of epitopes to paratopes are presented. Furthermore， the increments of critical conversions between two successive feedings are obtained to determine the equivalent zone， which ranges from 1 to 1.5 for the present system. It is shown that when the growth of antibody- antigen complexes of larger sizes takes priority， the smallest variance in the increments of critical conversions can be found. These results signify that the agglutination reactions under the semi-batch mode can be employed to the quantitative analysis of the immune responses. Conversely， if the growth of complexes of small sizes dominates in the system， then the corresponding agglutination reactions are only suitable for qualitative immunoassay. An attempt was made to elucidate the impacts of relevant factors on the gelation process of the system， thereby providing useful clues for a quantitative immunoassay and relevant targeted drug therapies.

Key words: Antibody-antigen complex, Gelation region, Semi-batch, Nonequal reactivity, Kinetic Monte Carlo simulation

中图分类号:

O631

TrendMD:

张子茹, 李江涛, 顾芳, 王海军. 分批投料模式下非等活性抗体-抗原体系凝胶化区域的动态Monte Carlo模拟. 高等学校化学学报, 2025, 46(12): 20250231.

ZHANG Ziru, LI Jiangtao, GU Fang, WANG Haijun. Kinetic Monte Carlo Simulation of the Gelation Regions of Semi-batch Nonequal Reactive Antibody-Antigen Systems. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(12): 20250231.

图/表 5

Fig.1 Gelation regions of [Ag]3⁃[Ab]2 and [Ag]2⁃[Ab]4systems in the case of R=1

Fig.2 Gelation regions for [Ag]3⁃[Ab]2 and [Ag]2⁃[Ab]4 systems in the case of R=0.1, 1, and 10

Fig.3 Plots of r against pc for the [Ag]3⁃[Ab]2 system under the uniform feeding mode（A） R=0.1；（B） R=1；（C） R=10.

Fig.4 Plots of predetermined molar ratio(r) against pc for [Ag]3⁃[Ab]2 system with equal feeding mode（A） R=0.1；（B） R=1；（C） R=10.

Fig.5 Plots of Δpc against predetermined molar ratio(r) for the [Ag]3⁃[Ab]2 system under uniform feeding mode

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