Les vecteurs viraux adéno-associés recombinants (rAAV) sont des outils largement utilisés pour le traitement des maladies génétiques, notamment l’amyotrophie spinale, la dystrophie rétinienne et l’hémophilie A 1,2,3. Les vecteurs rAAV sont conçus pour ne pas contenir de gènes viraux présents dans l’AAV4 de type sauvage, un petit virus icosaédrique sans enveloppe avec un génome linéaire monocaténaire de 4,7 kb. L’AAV a été découvert pour la première fois dans les années 1960 en tant que contaminant des préparations d’adénovirus5. Malgré sa petite taille de capside, qui limite la taille du transgène pouvant être emballé à un maximum de 4,9 kb hors RTI6, l’AAV est utile pour l’administration de transgènes car il est non pathogène chez l’homme, permet l’expression du transgène dans de nombreux types de cellules divisées et non divisées et a des effets immunogènes limités7.
En tant que membres du genre dependoparvovirus, la production de rAAV repose sur l’expression de gènes auxiliaires présents dans l’adénovirus ou le virus de l’herpès simplex8. Plusieurs stratégies de production de rAAV ont été développées, mais la production dans les cellules HEK293 transformées avec les gènes auxiliaires adénoviraux E1A/E1B est la méthode la plus établie utilisée aujourd’hui9. L’approche générale de la production de rAAV commence par la transfection de cellules HEK293 avec trois plasmides contenant le transgène dans des répétitions terminales inversées (ITR), des gènes AAV rep et cap , et des gènes adénoviraux auxiliaires supplémentaires, respectivement. Soixante-douze heures après la transfection, les cellules sont récoltées et traitées pour purifier le rAAV contenant le transgène.
Dans le développement de nouveaux vecteurs rAAV à des fins thérapeutiques, l’un des principaux objectifs est de produire des vecteurs avec une efficacité de transduction accrue. Une augmentation de l’efficacité de transduction des cellules cibles signifierait une diminution de la dose clinique nécessaire de rAAV, diminuant ainsi la probabilité d’effets immunogènes indésirables allant de la neutralisation médiée par les anticorps aux toxicités aiguës10,11. Pour améliorer l’efficacité de la transduction des vecteurs rAAV, des modifications peuvent être apportées au génome emballé ou à la capside. Les méthodes viables pour ajuster l’efficacité de la transduction via la conception de génomes emballés comprennent l’incorporation de promoteurs forts et spécifiques aux tissus, la sélection réfléchie des éléments de traitement de l’ARNm et l’optimisation de la séquence codante pour améliorer l’efficacité de la traduction12. Les modifications de la capside sont effectuées dans le but d’augmenter le tropisme pour les types de cellules humaines cibles. Les efforts visant à développer de nouvelles capsides vectorielles de livraison de transgènes rAAV sont généralement caractérisés par une focalisation sur la conception rationnelle de capsides AAV avec des mutations spécifiques ciblant des récepteurs cellulaires spécifiques ou sur l’évolution dirigée pour identifier des capsides avec tropisme pour des types cellulaires spécifiques à partir de bibliothèques de capsides combinatoires de haute complexité sans cibler un récepteur spécifique (bien que certains groupes combinent ces approches)13, 14,15. Dans l’approche d’évolution dirigée, les banques de capsides combinatoires sont construites à l’aide d’un squelette de sérotype particulier avec des régions variables mutées sur la capside extérieure16. Les banques de capsides combinatoires sont souvent construites à partir de sérotypes AAV non originaires de l’homme, ce qui diminue le risque d’immunité préexistante lors de l’utilisation clinique10. Par conséquent, les méthodes de purification qui peuvent être appliquées à n’importe quel sérotype sont idéales pour éliminer le besoin d’optimisation spécifique au sérotype pour les sérotypes les moins couramment utilisés servant de squelette à ces bibliothèques.
La centrifugation par gradient de densité d’iodixanol est utilisée pour purifier des titres élevés de rAAV à forte infectiosité17. Dans ce protocole, le rAAV est produit en culture cellulaire en suspension pour réduire la quantité de travail nécessaire pour produire de gros titres d’AAV. Une étape de centrifugation est également incluse pour éliminer le lysat cellulaire afin de réduire la présence de protéines contaminantes et de diminuer le risque de précipitation virale. Ce protocole est une méthode rentable pour produire des préparations de rAAV de haute pureté adaptées à un usage préclinique.