海藻糖凍干保護(hù)應(yīng)用分享——一種慢病毒載體凍干制劑的制備和穩(wěn)定性研究
關(guān)鍵詞:慢病毒載體,冷凍干燥,CAR-T,海藻糖,凍干保護(hù)劑
作為優(yōu)秀的凍干保護(hù)劑,海藻糖在生物醫(yī)藥制劑等相關(guān)領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用和重視。今天小編就帶您一起了解其中一項(xiàng)研究成果——華東師范大學(xué)沈鴻偉等關(guān)于慢病毒載體凍干制劑的制備及穩(wěn)定性的研究,以及海藻糖在其中發(fā)揮的作用。
1.引言
1.1慢病毒載體(Lentiviral Vector, LV)
慢病毒載體(Lentiviral Vector, LV)是以人類免疫缺陷型病毒(HIV)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的基因治療載體,對(duì)分裂細(xì)胞和非分裂細(xì)胞均具有感染能力,并可以在體內(nèi)長期穩(wěn)定表達(dá)。
目前腫瘤免疫治療兩大主流的過繼性細(xì)胞療法包括TCR-T和CAR-T細(xì)胞療法,其中慢病毒載體(LV)已被廣泛應(yīng)用。CAR-T細(xì)胞生產(chǎn)環(huán)節(jié)中包括以攜帶目的基因的慢病毒載體感染T細(xì)胞,其中慢病毒的滴度對(duì)感染是否成功非常關(guān)鍵。
由于慢病毒載體由蛋白質(zhì)和核酸組成,導(dǎo)致其儲(chǔ)存條件遇到了與其他生物制品類似的局限性。比如其通常無法在常溫及4℃冷藏條件下長時(shí)間保存,熱穩(wěn)定性差,同時(shí)反復(fù)凍融也會(huì)降低其滴度。
目前尚無理想的慢病毒載體凍存保護(hù)液,-80℃冷凍保存或加入甘油保護(hù)劑也不能有效防止慢病毒載體在儲(chǔ)存過程中滴度降低。此外慢病毒載體在運(yùn)輸時(shí)需要采用低溫冷鏈運(yùn)輸,增加了運(yùn)輸成本,且無法規(guī)避運(yùn)輸帶來的風(fēng)險(xiǎn)。
1.2冷凍干燥
冷凍干燥(Lyophilization)全稱真空冷凍干燥,簡稱凍干,是在低溫減壓條件下,利用水的升華使制品低溫脫水而達(dá)到干燥的一種技術(shù)。凍干在低溫低氧條件下進(jìn)行,多數(shù)生物反應(yīng)停滯,且處理過程無液態(tài)水存在,使物料原有結(jié)構(gòu)和形狀得到大程度的保護(hù)。通過凍干獲得的粉體硬團(tuán)聚少,粒徑小且均勻,已經(jīng)成為制備生物制品,尤其是蛋白多肽類粉針劑的一種重要方法。
2.研究目標(biāo)
該研究旨在利用凍干技術(shù),選取慢病毒載體,探索出適合病毒類載體儲(chǔ)存的凍干保護(hù)劑型,同時(shí)制備得到新型的慢病毒載體凍干制劑,通過篩選慢病毒載體凍干保護(hù)劑處方,并以正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)的方法進(jìn)行處方優(yōu)化,制備得到外觀良好、生物滴度高的慢病毒載體凍干制劑,使得該制劑在常溫下具有較長的保質(zhì)期,并且能夠在高溫高濕的條件下依然保持較高的生物活性。
3.研究結(jié)果
3.1慢病毒載體凍干制劑制備的可行性分析
使用流式細(xì)胞(FACS)和實(shí)時(shí)熒光定量核酸擴(kuò)增檢測(QPCR)的方法考察慢病毒載體的生物滴度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。
比較凍干保護(hù)劑與HBSS對(duì)于慢病毒載體在–80 ℃ 凍存以及凍干過程中的影響,同時(shí)對(duì)比凍存前后以及凍干前后對(duì)慢病毒滴度的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在凍干的過程中,凍干保護(hù)劑確實(shí)能夠起到保護(hù)作用,最終兩種檢測方法均測得滴度回收率。通過這兩種檢測方法可以看出慢病毒載體凍干制劑制備具有可行性。
3.2慢病毒載體凍干保護(hù)劑處方的篩選
為篩選適用于慢病毒載體的凍干保護(hù)劑處方,從菌種凍干、脂質(zhì)體凍干、蛋白質(zhì)凍干 (包括減毒活疫苗類)、其他病毒類凍干(腺病毒等)選定了5組基本的凍干保護(hù)劑(含1組對(duì)照組)進(jìn)行研究分析:
采用以上5組處方進(jìn)行慢病毒載體凍干保護(hù)劑處方篩選,以凍干產(chǎn)品的外觀、色澤和復(fù)溶性為指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)其理化性質(zhì),考察了各種凍干保護(hù)劑對(duì)凍干產(chǎn)品的保護(hù)作用,結(jié)果見下表:
5組凍干保護(hù)劑處方的慢病毒載體滴度回收率結(jié)果如圖2所示。
從圖2(a)中可以看出,Ⅱ組的凍干保護(hù)劑處方保護(hù)效果佳,加入Ⅱ組的凍干保護(hù)劑處方后制備得到的慢病毒載體凍干制劑,感染細(xì)胞后通過QPCR的方法檢測得到的滴度值最高;圖2(b)顯示,Ⅱ組慢病毒載體的滴度回收率最佳,兩圖相符合,無論在冷凍保存條件下還是在真空冷凍干燥后,Ⅱ組的凍干保護(hù)劑的效果均最好,所以選擇以Ⅱ組保護(hù)劑為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)多響應(yīng)預(yù)測結(jié)果,確定*的凍干保護(hù)劑處方為15g海藻糖、8.9mg L-丙氨酸、15.5mg L-組氨酸、1.0 mg CaCl2、0.76 mg MgSO4。
3.3慢病毒載體凍干制劑穩(wěn)定性研究
使用QPCR檢測慢病毒載體凍干制劑和凍存制品的生物滴度 (IU/mL),對(duì)生物滴度值取 lg 對(duì)數(shù)函數(shù),以lgT對(duì)時(shí)間t做圖,結(jié)果可參見圖4。
結(jié)果表明,慢病毒載體在冷凍干燥以后可以實(shí)現(xiàn)較長時(shí)間的保存,但是生物滴度值會(huì)下降,說明在儲(chǔ)存時(shí)也會(huì)緩慢失活。但是在4 ℃及23℃保存的條件下慢病毒載體凍干制劑均更加穩(wěn)定(圖4a及圖4c),凸顯了其儲(chǔ)存優(yōu)勢(shì)。
使用QPCR檢測慢病毒載體凍干制劑和凍存制品反復(fù)凍融后的生物滴度 (IU/mL),結(jié)果可參見圖5。
可以看出反復(fù)凍融對(duì)于慢病毒載體凍干制劑的影響并不明顯,隨著反復(fù)凍融次數(shù)的增加,慢病毒滴度能維持穩(wěn)定;然而對(duì)于慢病毒載體凍存制劑而言,反復(fù)凍融的影響顯著,表明慢病毒凍干制劑在反復(fù)凍融的條件下更加穩(wěn)定,可以實(shí)現(xiàn)反復(fù)凍融5~6次,顯著改善了液體制劑反復(fù)凍融導(dǎo)致的活性損失等問題。
4.討論與總結(jié)
4.1凍干保護(hù)劑的選擇
凍干保護(hù)劑主要可分為以下幾類:一般為多羥基化合物、糖類、氨基酸、蛋白質(zhì)、聚合物和無機(jī)鹽等化合物。因?yàn)閮龈杀Wo(hù)劑不但要具有保護(hù)生物制品活性的效果和結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變,而且要具有凍干賦形的作用。
糖是一種使用廣泛的凍干保護(hù)劑,本研究中采用的海藻糖屬于二糖,比蔗糖具有更低的吸濕性和更高的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度,其羥基能替代水分子與蛋白質(zhì)分子表面部分結(jié)合,而且海藻糖分子較小,能填充到蛋白質(zhì)分子的空隙中,有效地限制蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,在凍干時(shí)可以對(duì)慢病毒的蛋白衣殼形成保護(hù),因此凍干制劑保護(hù)效果更好。
氨基酸具有酸性羧基和堿性氨基,能夠調(diào)節(jié)制品溶劑環(huán)境的pH值,不同類別的氨基酸具有不同的親水性功能,而親水性強(qiáng)的氨基酸較易與蛋白質(zhì)產(chǎn)生氫鍵,這對(duì)蛋白質(zhì)在凍干的過程中的穩(wěn)定性和活性具有重要的保護(hù)作用,如組氨酸、丙氨酸等,可以增加慢病毒載體包膜蛋白和組氨酸磷酸鹽緩沖液間的張力,提高慢病毒載體包膜蛋白水化水平。而加入二價(jià)陽離子類,如CaCl2和MgSO4這兩種無機(jī)鹽,可延遲海藻糖結(jié)晶,通過和磷酸根陰離子存在下氫鍵網(wǎng)絡(luò)以及分子遷移率的變化抑制結(jié)晶。
4.2總結(jié)
該研究給出了一種新型的慢病毒載體凍干制劑的制備方法。通過研究凍干保護(hù)劑的組分篩選與優(yōu)化、凍干產(chǎn)品的制劑學(xué)研究和穩(wěn)定性研究,表明凍干技術(shù)對(duì)于慢病毒載體的儲(chǔ)存帶來了新的突破。
在*凍干保護(hù)劑處方的條件下,慢病毒載體凍干制劑能夠?qū)崿F(xiàn)儲(chǔ)存時(shí)間長、運(yùn)輸過程簡便、穩(wěn)定性提高的優(yōu)點(diǎn),為CAR-T細(xì)胞免疫治療的進(jìn)一步推廣提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
這其中,作為凍干保護(hù)劑主要成分的海藻糖發(fā)揮著不可替代的作用,提示海藻糖作為一種新興的凍干保護(hù)劑具有廣闊的應(yīng)用前景與市場價(jià)值。
參考文獻(xiàn):
華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2021年5月第三期,沈鴻偉,李明昊,徐南等,慢病毒載體凍干制劑的制備與穩(wěn)定性研究。