Wektory rAAV stają się coraz bardziej wartościowe w badaniach in vivo na zwierzętach. W niniejszym materiale opisaliśmy prosty i niedrogi protokół produkcji rAAV, który może ułatwić powszechne zastosowanie tego użytecznego wektora, eliminując kosztowne zlecanie produkcji wirusów firmom zewnętrznym. Protokół (oparty na referencji 1) opisuje produkcję chimerycznych wektorów rAAV1/2 zawierających białka kapsydu obu serotypów rodzicielskich w równych proporcjach 4. Oczyszczanie wektorów rAAV poprzez wiązanie do kolumn z heparyną opiera się na ekspresji białek kapsydu AAV2, ale może być łączone z serotypami innymi niż opisany tutaj AAV1. Dodatkowo zgłoszono, że AAV6 wiąże się z heparyną, choć z mniejszym powinowactwem, i potencjalnie mógłby być oczyszczany za pomocą kolumn z heparyną przy użyciu tej procedury 5,6. Należy jednak zauważyć, że inne serotypy będą wymagały różnych stężeń NaCl do elucji z kolumny z heparyną 5,7.
Wykazano, że optymalny rozmiar pakowania genomów rAAV mieści się w przedziale od 4,1 do 4,9 kb, przy czym powyżej 5,2 kb następuje gwałtowny spadek wydajności pakowania 8. Limit ten można uznać za największą wadę systemu rAAV, ponieważ specyficzna dla typu komórek regulacja ekspresji transgenu jest zazwyczaj osiągana za pomocą dużych elementów cis-działających, których nie można pomieścić w małych cząsteczkach AAV. Aby zapobiec otrzymywaniu partii o niskim mianie, takich jak te wynikające z prób pakowania genów o rozmiarze bliskim limitowi pakowania AAV, łączymy oddzielne partie wirusa skoncentrowane do 250 μl w jedną partię o objętości 500 μl, zamiast dodawać PBS, jak opisano w kroku 6.3. Niezawodną transdukcję specyficzną dla typu komórek można osiągnąć poprzez połączenie myszy z driverem Cre i warunkowych kaset rAAV (patrz poniżej), aby uniknąć przekraczania limitu pakowania.
Należy zauważyć, że choć niniejszy protokół ma na celu dostarczenie łatwych do naśladowania instrukcji dotyczących produkcji rAAV o wysokim mianie, wymaga on obecności fragmentów białka kapsydu AAV2 w celu oczyszczania za pomocą chromatografii powinowactwa do heparyny. Serotypy inne niż AAV2 muszą być oczyszczane przy użyciu alternatywnych procedur 9. Jedną z zalet oczyszczania na kolumnie z heparyną jest przekonanie, że pozwala ono na otrzymanie wektorów AAV o większej zakaźności niż te otrzymane z użyciem gradientu chlorku cezu 10. Metoda ta ma jednak również pewne wady. Na przykład w oczyszczonym stoku wirusowym mogą znajdować się inne białka wiążące heparynę. Choć tropizm wektorów oczyszczonych heparyną może być zależny od miana wektora10, nasze podejście do specyficznego celowania w neurony pobudzające20 lub hamujące (Rys. 2) wykorzystuje aktywację ekspresji transgenu zapośredniczoną przez AAV indukowaną przez Cre i jest niezależne od miana. Alternatywą dla oczyszczania na kolumnie z heparyną jest zastosowanie gradientu gęstości jodiksanolu, który pozwala uzyskać wyższe miano wirusa i czystszą preparację niż w przypadku użycia gradientu chlorku cezu 10. Metodę tę można również połączyć z oczyszczaniem na kolumnie z heparyną, aby otrzymać wektor o czystości przekraczającej 99% 11. W związku z tym poszczególne grupy badawcze powinny starannie rozważyć, która metoda oczyszczania wirusów jest najlepsza dla ich konkretnej aplikacji końcowej.
Najczęstszym problemem związanym z tym protokołem jest niski miano wirusa. W naszym doświadczeniu wynika to zazwyczaj z niskiej wydajności transfekcji lub błędów podczas elucji wirusa z kolumn z heparyną. Wszystkie materiały do transfekcji powinny osiągnąć temperaturę pokojową przed rozpoczęciem procesu, a w każdym laboratorium należy przeprowadzić transfekcje testowe w celu znalezienia optymalnych warunków. Inne metody transfekcji, takie jak zastosowanie lipofektaminy, są bardzo wydajne, ale mogą być nadmiernie kosztowne. Ponadto stężenie i pH roztworów elucyjnych do kolumn z heparyną są krytyczne dla całkowitej elucji wirionów z kolumn bez ich uszkadzania. Kolejnym istotnym punktem jest to, że komórki opakowujące muszą dobrze przylegać do powierzchni naczyń hodowlanych. Jeśli komórki odkleją się na jakimkolwiek etapie procedury, zaleca się przerwanie eksperymentu i rozmrożenie nowej fiolki z komórkami.
Przestrzenną i czasową kontrolę ekspresji transgenu u gryzoni można łatwo osiągnąć poprzez precyzyjne celowanie anatomiczne oraz dobór stadium rozwojowego zwierzęcia. Wykazano, że efektywny transfer genów za pomocą AAV jest możliwy in utero 12,13. W dorosłym mózgu obszar zainfekowany cząsteczkami rAAV po wstrzyknięciu stereotaktycznym może być dostosowany od bardzo małych, ukierunkowanych regionów do znacznie większych obszarów, nie tylko poprzez zmiany miana wirusa, ale także poprzez modyfikację parametrów wstrzykiwania. Obejmują one objętość i prędkość wstrzykiwań oraz dodatek poliolu mannitolu do zawiesiny wirusowej 14. Mannitol może być również stosowany w celu zwiększenia infekcji różnych tkanek po systemowym wstrzyknięciu rAAV 15.
Pojemność pakowania rAAV (około 4,7 kb) jest prawdopodobnie najbardziej ograniczającym czynnikiem pod względem genów, które mogą być eksprymowane z tych wektorów wirusowych. Jednakże niedawne badania wykazały, że można to częściowo obejść poprzez podział większych genów lub kaset ekspresyjnych na oddzielne wektory rAAV i wprowadzenie sekwencji mostkującej, która inicjuje ekspresję genu w momencie, gdy wiriony zainfekują tę samą komórkę. 16Poziomy ekspresji genów przenoszonych przez wektory rAAV można również znacznie zwiększyć, stosując samouzupełniające się wektory rAAV. 17Stereotaktyczne wstrzykiwanie wektorów rAAV stanowi szybką, niedrogą i skuteczną metodę indukcji ekspresji genów w sposób regionowo specyficzny. W połączeniu z 2nd strategie generowania interferencji RNA 18 Wektory rAAV mogą być również wykorzystywane do regionowo swoistego wyciszania genów. rAAV można łączyć z myszami transgenicznymi Cre lub promotorami swoistymi dla danego typu komórek, aby uzyskać ekspresję genów swoistą dla konkretnego obwodu i typu komórek, co umożliwia manipulacje genetyczne o wysokiej rozdzielczości przestrzennej. 2,19-21podczas gdy wyposażenie rAAV-ów np. w system tet zapewnia kontrolę czasową nad wirusową ekspresją genów 22,23Przykłady te ilustrują ogromny potencjał kombinatoryczny tych wektorów i pozwalają przewidywać gwałtowny wzrost liczby badań opartych na rAAV w nadchodzących latach.