Cząsteczki wirusopodobne (VLP) są zatwierdzoną technologią do szczepień ludzi. W rzeczywistości niektóre z bardziej współcześnie licencjonowanych szczepionek, w tym szczepionki przeciwko wirusowi brodawczaka ludzkiego (HPV) i wirusowemu zapaleniu wątroby typu Β (HepΒ) wykorzystują to podejście. VLP są tworzone z białek strukturalnych zdolnych do samoorganizacji. Zebrane cząstki naśladują morfologię wirusa, ale nie mogą infekować ani replikować się, ponieważ brakuje im genomów wirusowych. VLP mogą być wyrażane i oczyszczane z wielu systemów prokariotycznych i eukariotycznych. Przegląd piśmiennictwa wykazał, że w zależności od częstości występowania w organizmie stosowane są różne systemy ekspresji: bakterie – 28%, drożdże – 20%, rośliny – 9%, owady – 28% i ssaki – 15%1. Warto zauważyć, że szczepionki przeciwko HPV oparte na białku kapsydu L1 są produkowane w drożdżach (Gardasil) lub w systemie komórkowym owadów (Cervarix)2. Szczepionki HepΒ, Recombivax i Engerix-Β, są również produkowane w drożdżach i składają się z antygenu powierzchniowego HepΒ3,4.
Używamy systemów ekspresji komórek ssaków i owadów do produkcji VLP wymagających koekspresji wielu białek strukturalnych do montażu. Nasza praca koncentruje się na projektowaniu, produkcji i oczyszczaniu szczepionek opartych na VLP przeciwko ludzkim patogenom: wirusowi grypy, syncytialnemu wirusowi oddechowemu (RSV), wirusowi dengi (DENV) i wirusowi chikungunya (CHIKV). Nasze metody są na tyle elastyczne, że pozwalają na koekspresję wielu białek strukturalnych z plazmidów o wielu ekspresjach lub plazmidu o pojedynczej ekspresji (Figura 1). Wcześniej wyprodukowaliśmy i oczyściliśmy VLP H5N1 złożone z koekspresji plazmidów kodujących hemaglutyninę grypy (HA), neuraminidazę (NA) i macierz (M1) w ludzkich embrionalnych komórkach nerki 293T5,6. Geny zoptymalizowano pod kątem kodonów pod kątem ekspresji w komórkach ssaków i sklonowano do pTR600, eukariotycznego wektora ekspresyjnego zawierającego natychmiastowy wczesny promotor wirusa cytomegalii oraz intron A do inicjowania transkrypcji wstawek eukariotycznych i sygnał poliadenylacji bydlęcego hormonu wzrostu do zakończenia transkrypcji7. Podobne podejście wykorzystujące trójplazmidową koekspresję HA, NA (Figura 1A) i alternatywnego białka macierzy wirusa, HIV Gag p55, zastosowano w tym badaniu do generowania ludzkich podtypów grypy sezonowej H3N2 VLP i wykazano, że generują VLP o podobnej wielkości jak cząstki grypy8. Chociaż szczepionki przeciw grypie w przeważającej mierze wywołują przeciwciała anty-HA, dodanie neuraminidazy grypy pośredniczy w aktywności sialidazy, aby umożliwić pączkowanie VLP z transfekowanych komórek9, a także przedstawia dodatkowe cele immunogenne. Do produkcji VLP RSV wybraliśmy również niepowiązany rdzeń HIV Gag do zaprojektowania prototypowych szczepionek, które prezentują wyłącznie glikoproteiny powierzchniowe RSV, aby jeszcze bardziej wykazać elastyczność tworzenia VLP przy użyciu HIV Gag, jak opisano wcześniej i scharakteryzowano za pomocą mikroskopii elektronowej6,10. Inni wykazali wcześniej, że VLP prezentujące glikoproteiny RSV mogą być składane przy użyciu różnych składników wirusa rzekomego pomoru drobiu (NDV)11 i matrycy grypy12. W tym badaniu wykorzystano sekwencje glikoproteiny powierzchniowej o pełnej długości, aby zachować natywne konformacje, które mogą być niezbędne do funkcjonalnego wiązania receptora i rozpoznawania przeciwciał za pomocą testu immunoenzymatycznego (ELISA).
Nasze przykłady użycia pojedynczych systemów ekspresji plazmidu do generowania cząsteczek to DENV i CHIKV. W przypadku DENV możemy wytwarzać cząstki subwirusowe (SVP) bez kapsydu w komórkach 293T z pojedynczego plazmidu zawierającego kasetę13 strukturalnej ekspresji genów prM/E. Termin SVP jest używany do określenia braku białka rdzeniowego lub kapsydu w składaniu białek strukturalnych wirusa. CHIK VLP mogą być również wytwarzane przy użyciu pojedynczego plazmidu zawierającego strukturalną kasetę genową CHIKV, kodującą kapsyd i białka otoczki, lub w komórkach owadów poprzez zakażenie rekombinowanym bakulowirusem kodującym tę samą strukturalną kasetę genów zoptymalizowaną pod kątem ekspresji komórek owadów (figura 1B-C).
Końcowym rezultatem metod ekspresji omówionych powyżej jest uwolnienie VLP do pożywki do hodowli komórkowej, która może być następnie oczyszczona przez ultrawirowanie przez poduszkę z 20% glicerolu. W niniejszym raporcie przedstawiamy metody ekspresji i oczyszczania tych VLP z systemów komórkowych ssaków i owadów.