アデノ随伴ウイルスは浮遊細胞培養で産生され、二重ヨージキサノール密度勾配遠心分離によって精製されます。ウイルスの総収量を増やし、ウイルス沈殿のリスクを低減し、最終的なウイルス生成物をさらに濃縮するためのステップが含まれています。予想される最終力価は10,12 ウイルス粒子/mLに達し、前臨床 in vivo での使用に適しています。
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アデノ随伴ウイルスは浮遊細胞培養で産生され、二重ヨージキサノール密度勾配遠心分離によって精製されます。ウイルスの総収量を増やし、ウイルス沈殿のリスクを低減し、最終的なウイルス生成物をさらに濃縮するためのステップが含まれています。予想される最終力価は10,12 ウイルス粒子/mLに達し、前臨床 in vivo での使用に適しています。
このプロトコルはiodixanol密度勾配の遠心分離、1999年に最初に記述されているAAVを浄化する血清型不可知論者方法によって組換えのadeno準のウイルス(rAAV)の生産そして浄化を記述する。rAAVベクターは、さまざまなヒト細胞タイプに導入遺伝子を送達するための遺伝子治療アプリケーションで広く使用されています。本研究では、導入遺伝子、ベクターカプシド、およびアデノウイルスヘルパー遺伝子をコードするプラスミドを用いた浮遊培養中の Expi293 細胞のトランスフェクションにより、組換えウイルスを産生します。ヨウジオジキサノール密度勾配遠心分離は、粒子密度に基づいて完全なAAV粒子を精製します。さらに、この今ではユビキタスな方法論には、総ウイルス収量の増加、汚染タンパク質による沈殿のリスクの低減、および最終的なウイルス生成物のさらなる濃縮のために、それぞれ3つのステップが含まれています:ポリエチレングリコール(PEG)と塩化ナトリウムの溶液を使用した細胞培地からのウイルス粒子の沈殿、2回目のヨージキサノール密度勾配遠心分離の導入、 遠心フィルターによる緩衝液交換。この方法を用いることで、in vivoでの使用において、10〜12個のウイルス粒子/mLの並外れた純度の力価を一貫して達成することができます。
組換えアデノ随伴ウイルス(rAAV)ベクターは、脊髄性筋萎縮症、網膜ジストロフィー、血友病A1,2,3などの遺伝性疾患の治療に広く使用されているツールです。rAAVベクターは、直鎖状の一本鎖4.7 kbのDNAゲノムを持つ小型の非エンベロープ正二十面体ウイルスである野生型AAV4に存在するウイルス遺伝子を欠くように操作されています。AAVは、1960年代にアデノウイルス製剤の汚染物質として初めて発見されました5。AAVはキャプシドサイズが小さいため、パッケージ化できる導入遺伝子のサイズはITRを除いて最大4.9 kbに制限されますが6、ヒトでは非病原性であり、多くの分裂細胞および非分裂細胞タイプで導入遺伝子の発現を可能にし、免疫原性効果が限られているため、導入遺伝子の送達に有用です7。
dependoparvovirus属のメンバーとして、rAAVの産生は、アデノウイルスまたは単純ヘルペスウイルスに存在するヘルパー遺伝子の発現に依存しています8。rAAVを産生するいくつかの戦略が開発されていますが、アデノウイルスE1A/E1Bヘルパー遺伝子で形質転換されたHEK293細胞での産生は、現在最も確立された方法です9。rAAV産生の一般的なアプローチは、HEK293細胞を、それぞれ逆末端反復配列(ITR)、AAV rep 遺伝子および cap 遺伝子、および追加のアデノウイルスヘルパー遺伝子内に導入遺伝子を含む3つのプラスミドを用いてトランスフェクションすることから始まります。トランスフェクションの72時間後に細胞を回収し、導入遺伝子を含むrAAVを精製するためにプロセシングします。
治療目的の新しいrAAVベクターの開発では、形質導入効率を高めたベクターを作製することが大きな目標となっています。標的細胞の形質導入効率の向上は、rAAVの必要臨床用量の減少を意味し、したがって、抗体媒介性中和から急性毒性に至るまでの免疫原性への悪影響の可能性を減少させるであろう10,11。rAAVベクターの形質導入効率を向上させるために、パッケージ化されたゲノムまたはカプシドに改変を加えることができます。パッケージ化されたゲノム設計によって形質導入の有効性を調整する実行可能な方法には、強力な組織特異的プロモーターの組み込み、mRNAプロセシングエレメントの慎重な選択、および翻訳効率を向上させるためのコード配列の最適化が含まれます12。カプシドの改変は、標的となるヒト細胞タイプの向性を高めることを目的として行われます。新しいrAAV導入遺伝子導入ベクターカプシドの開発に向けた取り組みは、一般に、特定の細胞受容体を標的とする特定の変異を持つAAVカプシドの合理的な設計、または1つの特定の受容体を標的とせずに、非常に複雑なコンビナトリアルカプシドライブラリから特定の細胞タイプに対して向性を持つカプシドを同定するための指向性進化のいずれかに焦点を当てることによって特徴付けられます(ただし、これらのアプローチを組み合わせるグループもあります)13。14,15。指向性進化アプローチでは、コンビナトリアルカプシドライブラリは、カプシド外装16に変異した可変領域を有する特定の血清型骨格を用いて構築される。コンビナトリアルカプシドライブラリーは、ヒトに由来しないAAV血清型から構築されることが多く、臨床使用中の既存の免疫のリスクを低減します10。したがって、あらゆる血清型に適用できる精製法は、これらのライブラリのバックボーンとして機能する、あまり一般的に使用されない血清型に対する血清型特異的な最適化の必要性を排除するのに理想的です。
ヨウ素酸塩密度勾配遠心分離は、感染力の高いrAAVの高力価を精製するために利用される17。このプロトコルでは、rAAVはAAVの大きな力価を生成するために必要な労働量を減らすために、浮遊細胞培養で産生されます。また、細胞溶解液を除去するための遠心分離ステップも含まれており、汚染タンパク質の存在を減らし、ウイルス沈殿のリスクを低減します。このプロトコルは、前臨床使用に適した高純度rAAVの調製物を製造するための費用対効果の高い方法です。
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このプロトコルで使用した溶液および緩衝液の組成を 表1に示します。
| 解決 | 組成 | |
| AAV溶解バッファー | 1.2 mL の 5 M NaCl 溶液 | |
| 2 mL の 1 M Tris-HCl pH 8.5 溶液 | ||
| 80 uL の 1 M MgCl2 溶液 | ||
| mQ 水から 40 mL まで | ||
| AAV沈殿液 | 40グラムペグ8000 | |
| 50 mL の 5 M NaCl 溶液 | ||
| mQ 水から 100 mL | ||
| 15%ヨジキサノール画分。 | 7.5 mL オプティプレップ | |
| 3 mL の 10X DPBS | ||
| 6 mL の 5 M NaCl 溶液 | ||
| 30 uL の 1 M MgCl2 溶液 | ||
| mQから30 mL | ||
| 25%イオジキサノール画分 | 12. 5 mL OptiPrep (オプティプレップ) 5 mL | |
| 3 mL の 10X DPBS | ||
| 30 uL の 1 M MgCl2 溶液 | ||
| 60 uL フェノールレッド溶液 | ||
| mQから30 mL | ||
| 40%ヨジキサノール画分 | 33.3 mLのOptiPrep | |
| 5 mL の 10X DPBS | ||
| 50 uL の 1 M MgCl2 溶液 | ||
| mQから50 mL | ||
| 60%ヨジキサノール画分 | 50 mLのOptiPrep | |
| 100 μL フェノールレッド溶液 | ||
| AAV緩衝液 | 8 mL の 5 M NaCl | |
| 20 uL の 10% プルロニック F-68 | ||
| PBSから200 mL | ||
表1:このプロトコルで使用される溶液の溶液組成。
1. Expi293 細胞のトリプルトランスフェクション

図1:トランスフェクションの2日後にGFPを発現したExpi293細胞。 GFP の遺伝子を含むプラスミドでトランスフェクションした後、Expi293 細胞は一過性に eGFP を発現します。細胞の形態は丸いです。画像は15msの露光時間で撮影されました。顕微鏡画像は、落射蛍光照明と10倍/0.30対物レンズを備えた倒立顕微鏡を使用して取得されます。スケールバー = 100 μm。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
2. rAAVベクター精製

図2:40%〜60%のヨージキサノール界面を標識したヨウジキサノールグラジエント。 (A)第1のイオジキサノールグラジエント。フェノールレッドは、40%のイオジキサノールと60%のヨジキサノール留分に使用されています。2つの画分間のpHの違いにより、異なる色として表示されます。矢印は、40%〜60%のヨジキサノール界面のすぐ下、rAAV画分を採取するためにシリンジを挿入する場所を示しています。(B)第2のイオジキサノール勾配。このステップでは、40%および60%のイオジキサノール画分のみを使用します。矢印は、rAAV画分を採取するためにシリンジを挿入する場所を示しています。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
3. 緩衝液交換とウイルス濃縮
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この方法は、mL当たり少なくとも10〜12個のウイルス粒子の力価を得るために用いることができる。力価は、補足表1に記載のITRプライマーを用いたqPCR、ddPCR、またはその他の力価法により得ることができる(図3)。最適でない力価は、パッケージング効率の悪いカプシドをコードするキャップ遺伝子を使用した場合に生じる可能性があります。
また、Expi293 細胞の形質導入効率の低さも、最適でない結果をもたらす可能性があります。トランスフェクション当日に細胞の密度が3-4 x 106 vc/mLで、細胞生存率が98%に近いことが推奨されます。本研究では、著者らは、このプロトコルに従って1.07 x 1012 vgの力価を得た。この収率は、包装 AAVrh7418 から得られた以前の収率と一致しています。
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ダブルヨージキサノール密度勾配精製プロトコルは、受容体の特異性に関係なく、あらゆるAAV変異体バリアントに適用できるため、普遍的な方法です。AAV精製の初期の方法は粒子密度に依存しており、CsClでのアイソピクニック遠心分離と連続スクロース密度勾配遠心分離が含まれていました19。その後、セファロースカラムに結合したモノクローナル抗体を利用した血清型特異的アプローチが開発された20。1999年には、不連続なヨジキサノールグラジエントを用いた新しい密度ベースの精製法が開発され、CsClグラジエントから単離されたものよりも高い感染力を持つAAV分離株が得られました21。AAVの精製法は2000年代初頭まで開発が続けられ、一部のグループは高速液体クロマトグラフィーを使用してrAAVを精製し、粗溶解液からの回収率は70%を超えました22,23,24。
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著者らは、報告すべき開示事項を持っていない。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 5810 R 卓上遠心分離機 | エッペンドルフ | 22625501 | |
| 8チャンネル蠕動ポンプ | Watson-Marlow | 020.3708.00A | |
| 自動セルカウンター | NanoEntek | EVE-MC | |
| Avanti J-E 高速遠心分離機 | ベックマン・コールター | 369001 | |
| ベンゾナーゼ | Thermo Scientific | 88701 | |
| 生物学的安全キャビネット | Labconco | 322491101 | |
| CO2 シェーカー付きインキュベーター | 8% CO2 および 37 °C に設定します。C | ||
| コニカル遠心チューブ | Thermo Scientific | 339652 | 50 mL |
| コニカル遠心チューブ | Thermo Scientific | 339650 | 15 mL |
| ディスポーザブルマイクロピペット | フィッシャーブランド | 21-164-2G | キャピラリー |
| ダルベッコのリン酸緩衝生理食塩水 CaCl<サブ>2およびMgCl<サブ>2 (DPBS)(10倍) | Sigma-Aldrich | D1408 | |
| ECLIPSE Ts2R-FL 倒立顕微鏡 | Nikon | ||
| Expi293 発現培地 | Gibco | A1435101 | |
| Expi293F 細胞 | Gibco | A14527 | |
| フィルターチップ | USA Scientific | 1126-7810 | 1000 µL |
| フィルターチップ | USAサイエンティフィック | 1120-8810 | 200µL |
| フィルターチップ | USA Scientific | 1120-1810 | 20 & マイクロ;L |
| フィルターチップ | USA Scientific | 1121-3810 | 10 & マイクロ;L |
| 皮下注射針 | タイコ ヘルスケア | 820112 | 20 GA x 1-1/2 |
| A 蓋付きアイスバケツ | VWR | 10146-184 | |
| JS-5.3 ローター | ベックマン・コールター | 368690 | |
| 塩化マグネシウム溶液 (1 M) | ミリポア シグマ | M1028-100ML | |
| 金属スタンドとクランプ | フィッシャーブランド | 05-769-6Q | |
| 微量遠心チューブ | エッペンドルフ | 22600028 | 1.5 mL |
| ラジオペンチ | |||
| オプティマ XE-90 超遠心機 | ベックマン・コールター | A94471 | |
| オプティ-MEM I 低血清中 | ギブコ | 31985062 | |
| OptiPrep 密度勾配培地 (iodixanol) | Serumwerk | AXS-1114542 | 60%ヨージキサノール溶液 |
| P1000ピペット | ギルソン | F144059M | |
| P2ピペット | ギルソン | F144054M | |
| P20ピペット | ギルソン | F144056M | |
| P200ピペット | ギルソン | F144058M | |
| フェノールレッド 溶液 | Sigma-Aldrich | P0290 | |
| リン酸緩衝生理食塩水 (PBS) | Sigma-Aldrich | P4474 | |
| Pipet-Aid XP ピペットコントローラー | Drummond Scientific | 4-000-101 | |
| プラスミド pCapsid | De novo または Addgene, etc. | N/A | pACGrh74を使用しました。 |
| プラスミドpHelper | Addgene | 112867 | |
| プラスミドpTransgene | De novoまたはAddgeneなど | N/A | pdsAAV-GFPを使用しました。 |
| プルロンF-68ポリオール溶液(10%) | Mpバイオメディカル | 92750049 | |
| ポリエチレングリコール8000 | 研究製品国際 | P48080-500.0 | |
| ポリエチレンHCl最大(PEI-Max) | Polysciences | NC1038561 | 水で40&muに希釈します。M |
| ポリプロピレン製遠心チューブ、滅菌済み | コーニング | 製 431123 | 500 mL |
| ポリプロピレン製遠心チューブ、滅菌済み | コーニング | 製 430776 | 250 mL |
| ポリプロピレン製オプティシールチューブ | ベックマン・コールター | 361625 | |
| セロジカルピペット | アルカリサイエンティフィ | SP250-B | 50 mL |
| セロジカルピペット | アルカリサイエンティフィ | SP225-B | 25 mL |
| 血清学ピペット | アルカリ科学 | SP210-B | 10 mL |
| 血清学ピペット | アルカリ科学 | SP205-B | 5 mL |
| シェーカーフラスコ | フィッシャーブランド | PBV1000 | 1 L |
| シェーカーフラスコ | フィッシャーブランド | PBV50-0 | 500 mL |
| シェーカーフラスコ | フィッシャーブランド | PBV250 | 250 mL |
| シェーカーフラスコ | フィッシャーブランド | PBV12-5 | 125 mL |
| 塩化ナトリウム溶液 (5 M) | フィッシャーサイエンティフィック | NC1752640 | |
| 滅菌シリンジ | ッシャーブランド | 14-955-458 | 5 mL |
| シリンジフィルター | ミリポア | SLGV013SL | 0.22 ミクロン |
| トリス-HCl pH 8.5 (1 M) | Kd メディカル | RGE3363 | |
| トリパンブルーソリューション | Gibco | 15250061 | |
| チューブラックアセンブリ | ベックマン・コールター | 361646 | |
| チューブスペーサー (x4) | ベックマン・コールター | 361669 | |
| チューブ 蠕動ポンプ用 フィ | ッシャー・サイエンティフィック | 14190516 | |
| Type 70 Ti 固定角チタンローター | ベックマン・コールター | 337922 | |
| 超低温冷凍庫 | -70 °C | ||
| ビバスピン 20 遠心濃縮器 | ザルトリウス | VS2041 | |
| ウォーターバス | 37°Cに設定。ハ |
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