このプロトコルでは、AAV2ベクターは、バキュロ ウイルス (BV)-AAV2-緑色蛍光タンパク質(GFP)または治療遺伝子およびBV-AAV2-Rep-cap感染したSf9細胞を懸濁培養中にSf9細胞と共培養することによって産生される。AAV粒子は、洗浄剤を使用して細胞から放出され、精製され、親和性カラムクロマトグラフィーによって精製され、接線流ろ過によって濃縮される。
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このプロトコルでは、AAV2ベクターは、バキュロ ウイルス (BV)-AAV2-緑色蛍光タンパク質(GFP)または治療遺伝子およびBV-AAV2-Rep-cap感染したSf9細胞を懸濁培養中にSf9細胞と共培養することによって産生される。AAV粒子は、洗浄剤を使用して細胞から放出され、精製され、親和性カラムクロマトグラフィーによって精製され、接線流ろ過によって濃縮される。
アデノ関連ウイルス(AAV)は、遺伝子治療用途に有望なベクターです。ここで、AAV2ベクターは、BV-AAV2-GFP(または治療遺伝子)とBV-AAV2-rep-capを無血清懸濁液培養においてBf9細胞に感染させたSf9細胞を有する スポドプテラ・フルギペルダ (Sf9)細胞の共培養によって産生される。細胞は、軌道シェーカーまたはウェーブバイオリアクター内のフラスコで培養される。AAV粒子を放出するために、生産者細胞は、後に低速遠心分離および濾過によって明らかにされる洗剤を含む緩衝液中に取り込まれる。AAV粒子は、AAV粒子を結合するAVBセファローズカラムクロマトグラフィーを使用して細胞溶解物から精製される。結合粒子をPBSで洗浄し、pH3.0でクエン酸ナトリウムバッファーを使用して汚染物質を除去し、樹脂から溶出する。酸性溶出物はアルカリ性Tris-HCl緩衝液(pH-8.0)で中和し、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)で希釈し、さらに接線流ろ過(TFF)で濃縮する。このプロトコルは、ヒト遺伝子治療用途向けの大規模臨床グレードのAAV製造に対するスケールアップと互換性のある小規模な前臨床ベクター産生を記述する。
アデノ関連ウイルス(AAV)は、4.6kbの一本鎖DNAを含む非エンベロープヒトパルボウイルスである。AAVベクターは、遺伝子治療アプリケーション1、2、3、4に対する他のウイルスベクターに対していくつかの利点があります。AAV は自然にレプリケーションを行う必要がなっており、それにより、レプリケーションにはヘルパー ウイルスとホストマシンが必要になります。AAVは、感染した宿主3,5において疾患を引き起こせず、免疫原性が低い。AAVは静止細胞と積極的に分裂する細胞の両方に感染し、宿主細胞のゲノムに統合することなくエピソームとして持続する(AAVはめったに宿主ゲノムに統合しない)1,3。これらの特徴はAAVを遺伝子治療の適用のための望ましい用具にした。
AAV遺伝子導入ベクターを生成するために、治療用遺伝子を含むトランスジーンカセットは、2つの内部末端反復(ITR)の間でクローニングされ、これは典型的にはAAV血清型2に由来する。5' ITR から 3' ITR までの最大サイズは、トランスジーン配列を含めて 4.6 kb6 です。異なるキャプシドは、異なる細胞または組織のトロピズムを有することができる。したがって、カプシドは、AAVベクター7で標的とされることを意図した組織または細胞タイプに基づいて選択されるべきである。
組換えAAVベクターは、ヒト胚性腎臓細胞などの哺乳動物細胞株において一般的に産生されるが、HEK293はAAV遺伝子導入ベクターの一過性トランスフェクションによって、AAV rep-cap、およびヘルパーウイルスプラスミド2,3である。しかしながら、付着性HEK293細胞の一過性トランスフェクションによる大規模なAAV産生にはいくつかの制限がある。まず、多数のセルスタックまたはローラーボトルが必要です。第2に、高品質のプラスミドDNAとトランスフェクション試薬が必要であり、製造コストが増加します。最後に、付着性HEK293細胞を使用する場合、血清は最適な生産のために頻繁に必要とされ、下流処理1、2、3を複雑にする。AAV製造の代替方法は、昆虫細胞株、スポドプテラ・フルギペルダ(Sf9)細胞、および組換えオートグラフ・カリフォルニカ多重重体核多重体症ウイルス(AcMNPVまたはバクロウイルス)8、9、10と呼ばれる昆虫ウイルスを使用することを含む。Sf9細胞は、スケールアップが容易で、現在の良好な製造実践(cGMP)生産と大規模な製造に対応する無血清懸濁液培養で増殖し、プラスミドやトランスフェクション試薬を必要としません。また、Sf9-バキュロウイルス系を用いたAAV産生のコストは、HEK293細胞11へのプラスミドの一過性トランスフェクションを用いたコストよりも低い。
バキュロウイルス-Sf9細胞を用いた元のrAAV産生系は、3つのバキュロウイルスを用いた:遺伝子導入カセットを含む1つのバキュロウイルス、Rep遺伝子を含む第2のバキュロウイルス、および血清型特異的キャプシド遺伝子12、13を含む第3のバキュロウイルス。しかし、rep構築物を含むバキュロウイルスは、複数の通過時に遺伝的に不安定であったため、大規模なAAV産生のためのバキュロウイルスの増幅を妨げた。この問題を解決するために、2つのバキュロウイルス(TwoBac)を含む新しいrAAVベクターシステムが開発されました:AAV遺伝子導入カセットを含む1つのバキュロウイルスと、元のシステムよりも遺伝的に安定しており、3つの14の代わりにTwoBacを使用しているためにrAAVを生成するのに便利なAAVレップ遺伝子を含む別のバキュロウイルス、 15.OneBacシステムは、単一のバキュロウイルスにおいてAAV遺伝子導入カセットおよびRep-cap遺伝子を用い、TwoBacまたはThreeBac2、16、17を使用する代わりに1つのバキュロウイルスを使用するため、rAAVを産生する方が便利である。我々の研究では、TwoBacシステムは最適化のために使用された。
AAV産生のためのバキュロウイルスシステムにも制限があります:バキュロウイルス粒子は、無血清培地11中で長期保存のために不安定であり、バキュロウイルス価が低い場合、大量のバキュロウイルス上清が必要であり、AAV産生中にSf9細胞の増殖に毒性を持つ可能性があります(個人的な観察)。価動菌を使用して、増殖を防除する感染細胞保存とスケールアップ (TIPS) 細胞、またはバキュロウイルス感染昆虫細胞 (BIIC) は、バキュロウイルスに感染した Sf9 細胞を調製し、凍結保存し、その後、新鮮な Sf9 細胞の感染に使用する AAV 産生に適した選択肢を提供します。もう一つの利点は、凍結保存10、11の後のSf9細胞におけるバキュロウイルス(BV)の安定性の増加である。
AAV産生を可能にする2種類のTIPS細胞が生成される:BV-AAV2-GFPまたは治療遺伝子によるSf9細胞の感染による最初の細胞と、BV-AAV2-rep-capによるSf9細胞の感染による第2の細胞。TIPS細胞は、小さくてすぐに使えるアリコートで凍結保存されています。AAVベクターは、バキュロウイルスおよび新鮮なSf9細胞を産生するTIPS細胞を共培養することによって、軌道シェーカーまたはウェーブバイオリアクターに置かれたフラスコ中の無血清懸濁液培養で産生される。Sf9細胞はAAV2-GFPベクターとRep-cap配列を運ぶバキュロウイルスに感染してAAVを生成する。4~5日後、AAV収量が最も高い場合、生産者細胞は洗浄剤で洗浄され、AAV粒子を放出する。細胞のライセートは、その後、低速遠心分離および濾過によって明らかにされる。AAV粒子は、AVBセファローズカラムクロマトグラフィーによって溶解物から精製される。最後に、AAV ベクターは TFF を使用して濃縮されます。プロトコルは、研究や前臨床試験に有用な小規模でのAAVの生産を記述します。しかし、この方法は、遺伝子治療用途向けの臨床グレードのAAVベクターの製造と拡張性と互換性があります。
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プロトコルの概要を示す図については、 図 1 を参照してください。
1. バキュロウイルスに感染したTIPS細胞の生成
2. AAVベクトルの製造
3. 細胞のリシスとAAVの放出
4. アフィニティーカラムクロマトグラフィーシステムを用いたAAVベクターの精製
5. 接線流ろ過(TFF)を用いたAAVベクターの濃度とダイアフィルトレーション
6. 精製工程におけるAAVの存在を評価するために、標的細胞へのAAVサンプルの感染
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ここで、Sf9昆虫細胞系を用いたAAVベクターの製造および精製のためのプロセス開発の代表的な結果を示す。この方法は、Bf9細胞とバキュロウイルス感染したTIPS細胞の共培養、増殖培地を細胞に供給し、AAV粒子を放出する産生細胞の収穫および溶解、ヌクレアーゼ処理による細胞溶解物の明確化、遠心分離および濾過、AVBセファロースアフィニティークロマトグラフィーを用いたAAVの精製、および図1(図1)を有する濃度を含む。
TIPS細胞は、BV-AAV2-GFPまたは治療用遺伝子およびBV-AAV2-rep-capをSf9細胞に別々に感染させることによって生成される。Sf9細胞のほとんどは、複数の感染に起因する3〜4日間でバキュロウイルスに感染し、バキュロウイルス糖タンパク質gp64発現(図2)および細胞が直径の増加を示す(図3)。TIPS細胞は、感染後3〜4日採取され、凍結保存される。Sf9細胞は、ナイーブSf9...
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AAVベクターの製造、精製、および濃度のプロセス開発のためにこのプロトコルで使用されるパラメータは、遺伝子治療用途のためのAAVベクターの小規模および大規模な製造の両方に適用することができます。アップストリームおよびダウンストリームプロセス全体は、現在のグッドマニュファクチャリングプラクティス(cGMP)と互換性のある閉じたシステムで実行できます。Sf9-baculoウイルスシステムの主な利点は、手頃なコストで大規模なGMPグレードのAAV生産のためのスケーラビリティです。このシステムは、HEK293細胞を使用したAAVの製造に必要な高価なプラスミドおよびトランスフェクション試薬を必要としません。HEK293細胞とSf9細胞の両方が類似の品質AAVベクターを生成することが報告されている(エリックD.ホロウィッツ、ASGCT 2018、アブストラクト#100)。大きな課題は、このシステムは、かなりの時間と労力を必要とするバキュロウイルスとTIPS細胞の生成を必要とすることです。
このプロトコルでは、AAV遺伝子導入カセットを用いたバキュロウイルスを含むTIPS細胞とAAV-rep-c...
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著者らは利益相反を宣言しない。
ロバート・M・コティン博士(NIH国立心臓・血液・肺研究所)がAAVプラスミドとダニエル・スティールとレベッカ・エルンスト(シンシナティ小児病院)に技術支援を提供してくれたことに感謝します。この作品は、シンシナティ児童研究財団からM.N.へのスタートアップ基金によって支援されています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1 N 水酸化ナトリウム | Sigma-Aldrich | 1.09137 | Akta Avant クリーニング用 |
| 2 L フラスコ | サーモフィッシャー サイエンティフィック | 431281 | 懸濁培養用フラスコ |
| 50 ml コニカルチューブ | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 14-959-49A | 上清の収集用 |
| 24 ウェルプレート | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 07-200-80 | 接着細胞培養プレート |
| 250 mLフラスコ | ThermoFisher Scientific | 238071 | 懸濁培養用フラスコ |
| Akta Avant 150 with Unicorn Software | Cytiva | 28976337 | クロマトグラフィーシステム |
| AVB セファロース 高性能 | Cytiva | 28411210 | クロマトグラフィー培地 |
| バキュロウイルス-AAV-2 GFP | 社内 | ノンカタログ | AAV転写ベクター |
| Baculovirus-AAV-2 rep-cap | 社内 | 非カタログ | AAV包装ベクター |
| Nuclease | Sigma-Aldrich | E1014 | DNAおよびRNAを分解する酵素 |
| ブロッキングバッファー | Santa Cruz Biotechnologies | 516214 | 細胞への非特異的抗体結合を防ぐブロッキング |
| 細胞溶解バッファー | 社内 | カタログ外品 | 20 mM Tris-HCl (pH 8.0)、150 mM NaCl、0.5 % TitronX-100 |
| セルバッグ 2 L および 10 L | Cytiva | 28937662 | バイオリアクターバッグ |
| クリーニングバッファー | 社内 | カタログ外品 | 100 mM クエン酸 (pH 2.1) |
| クライオバイアル | トーマス・サイエンティフィック | 1222C24 | 凍結保存用 |
| DMEM | Sigma-Aldrich | D6429 | 細胞株用増殖培地 |
| 溶出バッファー | 社内 | カタログ外品 | 50 mM クエン酸ナトリウムバッファー (pH 3.0) |
| エタノール | Sigma-Aldrich | E7073 | クロマトグラフィーの消毒と保管用 |
| ろ過ユニット | ポールコーポレーション | 12941 | メンブレン |
| フィルターHT1080細胞株 | ATCC | CCL-121 | 線維芽細胞株 |
| HyClone™SFX-昆虫培養培地 | Cytiva | SH30278.02 | 無血清昆虫細胞増殖培地 |
| ペリスタルティックポンプ | ポールコーポレーション | カタログ非カタログ品 | TFFポンプ |
| MaxQ 8000 オービタルシェーカーインキュベーター | サーモフィッシャーサイエンティフィック | カタログ外品 | 懸濁培養用シェーカー |
| 顕微鏡 | ニコン | カタログ外品 | 細胞モニタリング |
| マウス抗バキュロウイルス gp64 PE 抗体 | Santa Cruz Biotechnologies | 65498 PE | Sf9細胞におけるバキュロウイルス感染のモニタリング |
| 酸素タンク | Praxair | カタログ外品 | 40% Sf9細胞の増殖には酸素供給が必要 |
| PBS | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 20012027 | ウォッシュバッファー |
| シルバー染色キット | サーモフィッシャーサイエンティフィック | LC6100 | 染色 AAVカプシドタンパク質 |
| Sf9細胞 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 11496-015 | 昆虫細胞 |
| ステイルウォーター | 社内 | カタログ外品 | Akta Avantクリーニング用 |
| テーブルトップ遠心分離機 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 75253839/433607 | バキュロウイルス上清の清澄化用 |
| タンジェンシャルフローフィルトレーション(TFF)カートリッジ | ポールコーポレーション | OA100C12 | AAV |
| Tris-HCl、pH 8.0 | ThermoFisher | 15568025 | アルカリ緩衝液 |
| WAVEバイオリアクターシステム 20/50 | Cytiva | 28-9378-00 | バイオリアクター |
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