Генная терапия с использованием векторов аденоассоциированного вируса (AAV) добилась огромных успехов за последние три десятилетия1,2. Продемонстрированные улучшения в различных генетических заболеваниях, включая врожденную слепоту, гемофилию и заболевания опорно-двигательного аппарата и центральной нервной системы, вывели генную терапию AAV на передний план клинических исследований3,4. В 2012 году Европейское агентство по лекарственным средствам (EMA) одобрило Glybera, вектор AAV1, экспрессирующий липопротеинлипазу (LPL) для лечения дефицита LPL, что делает его первым маркетинговым разрешением на лечение генной терапией в Европе или Соединенных Штатах5. С тех пор две дополнительные генные терапии AAV, Luxturna6 и Zolgensma7,получили одобрение FDA, и ожидается, что рынок будет быстро расширяться в течение следующих 5 лет с 10-20 генными терапиями, ожидаемыми к 2025году 8. Имеющиеся клинические данные свидетельствуют о том, что генная терапия AAV является безопасным, хорошо переносимым и эффективным методом, что делает ее одним из наиболее перспективных вирусных векторов, с более чем 244 клиническими испытаниями с участием AAV, зарегистрированных с ClinicalTrials.gov. Растущий интерес к клиническим применениям, связанным с векторами AAV, требует надежных и масштабируемых методов производства для облегчения оценки AAV-терапии на крупных животных моделях, поскольку это критический шаг в трансляционном конвейере9.
Для производства векторов AAV двумя основными требованиями являются геном AAV и капсид. Геном дикого типа (wt)-AAV представляет собой одноцепочечную ДНК длиной примерно 4,7 кб10. Геном wt-AAV содержит перевернутые концевые повторы (ITR), обнаруженные на обоих концах генома, которые важны для упаковки, и гены rep и cap 11. Гены rep и cap, необходимые для репликации генома, сборки вирусного капсида и инкапсуляции генома в вирусный капсид, удаляются из вирусного генома и предоставляются в транс для AAV векторной продукции12. Удаление этих генов из вирусного генома обеспечивает место для терапевтических трансгенов и всех необходимых регуляторных элементов, включая промотор и полиА-сигнал. РМЭ остаются в векторном геноме для обеспечения надлежащей репликации генома и вирусной инкапсуляции13,14. Чтобы улучшить кинетику экспрессии трансгенов, векторные геномы AAV могут быть спроектированы так, чтобы быть самокомплементарными, что смягчает необходимость преобразования из одноцепочечного в двухцепочечное преобразование ДНК во время репликации генома AAV, но снижает способность кодирования до ~ 2,4 кб15.
Помимо проектирования генома AAV, выбор серотипа капсида определяет тканевый и клеточный тропизм вектора AAV in vivo2. В дополнение к тканевому тропизму, было показано, что различные серотипы AAV демонстрируют различную кинетику экспрессии генов16. Например, Zincarelli et al.17 классифицировали различные серотипы AAV на серотипы с низкой экспрессией (AAV2, 3, 4, 5), серотипы умеренной экспрессии (AAV1, 6, 8) и серотипы с высокой экспрессией (AAV7 и 9). Они также классифицировали серотипы AAV на экспрессию с медленным началом (AAV2, 3, 4, 5) или экспрессию с быстрым началом (AAV1, 6, 7, 8 и 9). Эти расходящиеся тропизмы и кинетика экспрессии генов обусловлены аминокислотными вариациями в белках капсида, образованиях капсидного белка и взаимодействиях с рецепторами/корецепторами клеток-хозяев18. Некоторые капсиды AAV имеют дополнительные полезные характеристики, такие как способность пересекать гематоэнцефалический барьер после внутрисосудистого введения (AAV9) или находиться в долгоживущих мышечных клетках для длительной экспрессии трансгенов (AAV6, 6.2FF, 8 и 9)19,20.
Целью данной статьи является подробное описание экономически эффективного метода получения высокочистых, высокотитерных, исследовательских векторов AAV для использования в доклинических моделях крупных животных. Производство AAV с использованием этого протокола достигается с помощью двойной плазмидной трансфекции в адгезивные клетки эмбриональной почки человека (HEK)293, выращенные в клеточных стеках. Кроме того, в исследовании описан протокол очистки аффинной хроматографии гепарина сульфата, который может быть использован для серотипов AAV, содержащих гепаринсвязывающие домены, включая AAV2, 3, 6, 6.2FF, 13 и DJ21,22.
Для производства векторов AAV доступен ряд упаковочных систем. Среди них использование двухплазмидных котрансфекционных систем, в которых гены Rep и Cap и гены ad-хелпера (E1A, E1B55K, E2A, E4orf6 и VA РНК) содержатся в одной плазмиде (pHelper), имеет некоторые практические преимущества перед распространенным трехплазмидным (тройным) методом трансфекции, включая снижение затрат на производство плазмид23,24 . Плазмида генома AAV, содержащая кассету экспрессии трансгена (pTransgene), должна быть окружена ITR и не должна превышать ~4,7 кб в длину. Векторный титр и чистота могут быть затронуты трансгеном из-за потенциальных цитотоксических эффектов во время трансфекции. Оценка чистоты векторов описана в настоящем документе. Векторы, полученные с использованием этого метода, которые дают 1 x 1013 vg / mL для каждого, были оценены на моделях мышей, хомяков и овец.
Таблица 1: Состав требуемых растворов. Необходимая информация, включая проценты и объемы, компонентов, необходимых для различных решений по всему протоколу. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу.