Gentherapie met behulp van adeno-geassocieerde virus (AAV) vectoren heeft enorme vooruitgang geboekt in de afgelopen drie decennia1,2. Aangetoonde verbeteringen in een breed scala aan genetische ziekten, waaronder aangeboren blindheid, hemofilie en ziekten van het bewegingsapparaat en het centrale zenuwstelsel, hebben AAV-gentherapie naar de voorgrond van klinisch onderzoek gebracht3,4. In 2012 keurde het Europees Geneesmiddelenbureau (EMA) Glybera goed, een AAV1-vector die lipoproteïnelipase (LPL) tot expressie brengt voor de behandeling van LPL-deficiëntie, waardoor het de eerste handelsvergunning is voor een gentherapiebehandeling in Europa of de Verenigde Staten5. Sindsdien hebben twee extra AAV-gentherapieën, Luxturna6 en Zolgensma7,fda-goedkeuring gekregen en de markt zal naar verwachting de komende 5 jaar snel groeien met maar liefst 10-20 gentherapieën verwacht tegen 20258. Beschikbare klinische gegevens geven aan dat AAV-gentherapie een veilige, goed verdragen en effectieve modaliteit is, waardoor het een van de meest veelbelovende virale vectoren is, met meer dan 244 klinische onderzoeken met AAV geregistreerd bij ClinicalTrials.gov. De toenemende interesse in klinische toepassingen met AAV-vectoren vereist robuuste en schaalbare productiemethoden om de evaluatie van AAV-therapieën in grote diermodellen te vergemakkelijken, omdat dit een cruciale stap is in de translationele pijplijn9.
Voor de productie van AAV-vectoren zijn de twee belangrijkste vereisten het AAV-genoom en de capside. Het genoom van wild-type (wt)-AAV is enkelstrengs DNA dat ongeveer 4,7 kb lang is10. Het wt-AAV-genoom bestaat uit omgekeerde terminale herhalingen (ITR's) aan beide uiteinden van het genoom, die belangrijk zijn voor verpakking, en de rep- en capgenen 11. De rep- en capgenen, die nodig zijn voor genoomreplicatie, assemblage van de virale capsid en inkapseling van het genoom in de virale capsid, worden uit het virale genoom verwijderd en in trans geleverd voor AAV-vectorproductie12. De verwijdering van deze genen uit het virale genoom biedt ruimte voor therapeutische transgenen en alle noodzakelijke regulerende elementen, waaronder de promotor en het polyA-signaal. De ITR's blijven in het vectorgenoom om te zorgen voor een goede genoomreplicatie en virale inkapseling13,14. Om de kinetiek van transgenexpressie te verbeteren, kunnen AAV-vectorgenomen worden ontworpen om zelfcomplementair te zijn, wat de behoefte aan conversie van enkelstrengs naar dubbelstrengs DNA-conversie tijdens AAV-genoomreplicatie vermindert, maar de codeercapaciteit vermindert tot ~ 2,4 kb15.
Naast het ontwerp van het AAV-genoom bepaalt capsid serotypeselectie het weefsel- en celtropisme van de AAV-vector in vivo2. Naast weefseltropisme is aangetoond dat verschillende AAV-serotypen verschillende genexpressiekinetiek vertonen16. Zincarelli et al.17 classificeerden bijvoorbeeld verschillende AAV-serotypen in serotypen met lage expressie (AAV2, 3, 4, 5), matige expressieserotypen (AAV1, 6, 8) en serotypen met hoge expressie (AAV7 en 9). Ze categoriseerden ook AAV-serotypen in langzaam optredende expressie (AAV2, 3, 4, 5) of snel optredende expressie (AAV1, 6, 7, 8 en 9). Deze divergente tropismen en genexpressiekinetiek zijn te wijten aan aminozuurvariaties in de capside-eiwitten, capside-eiwitformaties en interacties met gastheercelreceptoren / co-receptoren18. Sommige AAV-capsiden hebben extra gunstige eigenschappen, zoals het vermogen om de bloed-hersenbarrière te passeren na intravasculaire toediening (AAV9) of verblijven in langlevende spiercellen voor duurzame transgenexpressie (AAV6, 6.2FF, 8 en 9)19,20.
Dit artikel is bedoeld om een kosteneffectieve methode te beschrijven voor het produceren van zeer zuivere, hoogtiterige, onderzoekskwaliteit AAV-vectoren voor gebruik in preklinische grote diermodellen. Productie van AAV met behulp van dit protocol wordt bereikt met behulp van dual-plasmid transfectie in adheren human embryonic kidney (HEK)293 cellen gekweekt in celstapels. Verder beschrijft de studie een protocol voor heparinesulfaataffiniteitschromatografiezuivering, dat kan worden gebruikt voor AAV-serotypen die heparinebindende domeinen bevatten, waaronder AAV2, 3, 6, 6.2FF, 13 en DJ21,22.
Er zijn een aantal verpakkingssystemen beschikbaar voor de productie van AAV-vectoren. Onder deze, het gebruik van een twee-plasmide co-transfectie systemen, waarin de Rep en Cap genen en Ad helper genen (E1A, E1B55K, E2A, E4orf6, en VA RNA) zijn opgenomen in één plasmide (pHelper), heeft een aantal praktische voordelen ten opzichte van de gemeenschappelijke drie-plasmide (triple) transfectie methode, waaronder lagere kosten voor plasmide productie23,24 . Het AAV-genoomplasmide dat de transgenexpressiecassette (pTransgene) bevat, moet worden geflankeerd door ITR's en mag niet langer zijn dan ~ 4,7 kb. Vectortiter en zuiverheid kunnen worden beïnvloed door het transgen als gevolg van mogelijke cytotoxische effecten tijdens transfectie. Beoordeling van vectorzuiverheid wordt hierin beschreven. Vectoren geproduceerd met behulp van deze methode, die een 1 x 1013 vg / ml voor elk opleveren, werden geëvalueerd in muizen, hamsters en schapen diermodellen.
Tabel 1: Samenstelling van de vereiste oplossingen. Noodzakelijke informatie, inclusief percentages en volumes, van componenten die nodig zijn voor verschillende oplossingen in het protocol. Klik hier om deze tabel te downloaden.