基因治疗
病毒及其衍生物在生物医学、生物和纳米技术方面有许多应用。 在基因治疗中，病毒被用作向靶细胞传递改造后基因的载体，以通过以下方式治疗或预防疾病：
- 用健康的基因拷贝替代致病的突变基因
- 使功能异常的突变基因失活或“将其敲除”
- 向体内引入新基因以帮助对抗疾病或治疗综合征
在过去的几十年中，腺病毒、逆转录病毒、慢病毒、腺相关病毒 (AAV) 和其他动物病毒已被用于基因治疗的开发。 近年来，这一应用领域取得了重大进步，其主要归功于重组 AAV 载体工程的发展和体内基因治疗的产生。
为了通过受控且经济划算的制造工艺开发出有效的基因治疗载体，必须应对多种挑战。 这些挑战涉及从衣壳设计到最佳工艺和配方条件的确定，再到药物活性成分和药物产品的全面质量控制。
Malvern Panalytical 解决方案在整个体内基因治疗开发工作流程中的应用
从衣壳设计到下游工艺条件的优化，再到药物活性成分与药物产品的配方和稳定性测试以及扩展表征，诸如动态光散射 (DLS)、电泳光散射 (ELS)、多角度动态光散射 (MADLS)、尺寸排阻色谱与多角度光散射联用 (SEC-MAS)、纳米颗粒跟踪分析技术 (NTA)、等温滴定量热法 (ITC) 和差示扫描量热法 (DSC) 等技术均用于向科学家们提供有关病毒载体的关键分析和质量属性的信息，从而能够表征、比较和优化：
- 衣壳粒度（DLS、SEC、NTA）
- 衣壳效价或颗粒计数（MADLS、SEC、NTA）
- 含病毒颗粒的基因组百分比/全面分析百分比 (SEC)
- 聚集体形成（DLS、MADLS、SEC、NTA）
- 断裂 (SEC)
- 热稳定性（DLS、DSC）
- 高阶结构分析 (DSC)
- 血清型鉴定 (DSC)
- 脱壳和基因组喷射（DLS 和 DSC）
- 与受体结合 (ITC)
- 电荷 (ELS)
DLS、MADLS、SEC-MALS、NTA、ITC 和 DSC 是无标记生物物理技术，所需的测定方法开发工作极少，可在所有阶段轻松应用，从而强化基因治疗开发的分析工作流程。
特色解决方案
特色技术
动态光散射（DLS）
动态光散射可用于蛋白质、纳米颗粒、聚合物和胶状分散体的粒度表征
多角度光散射（MALS）
Absolute molecular weight and radius of gyration
电泳光散射(ELS)
电泳光散射可用于测量电泳迁移率和电动电势
尺寸排阻色谱 (SEC)
尺寸排阻色谱（SEC 或 SEC-HPLC）用于测量蛋白质绝对分子量、结构、大小及构成
纳米颗粒跟踪分析技术
数量、粒度和可视化。
等温滴定量热法 (ITC)
无标记测量生物分子相互作用的亲和力和热力学特性，以在分子水平下了解其功能和作用机制
差示扫描量热法 (DSC)
蛋白质稳定性的可靠鉴定
研究和早期开发：病毒衣壳设计
虽然基因治疗的发现过程比常见的传统药物发现过程要短，但产品的高度复杂性带来了更多挑战，必须及早解决这些挑战，才能确保提供安全有效的产品。 这些挑战包括：
- 根据最优性质和功能选择病毒衣壳
- 改善和改造原始病毒衣壳的性质和功能的理性蛋白质工程
这两种情况下的解决方案都基于一套全面的物理化学、生物化学和生物数据，这些数据可以说明病毒载体的性能并反馈到选择过程中。
在这一阶段，使用 DLS、MADLS、SEC-MALS、ITC 和 DSC 对工程化衣壳和病毒载体进行广泛的生物物理表征，通过衣壳大小和效价、聚集体形成、全面测量百分比、受体结合、热稳定性和脱壳倾向的测量值，为重要质量指标的可靠评估和生物化学测定与生物测定结果的解释提供支持。
特色解决方案
基因治疗工艺开发
基因治疗生产工艺必须满足严格的监管要求以及针对质量、时间和成本的其他内部预期。 需要通过符合目的的解决方案来支持和加强分析工作流程，并应对以下方面的挑战：
- 产品的高度复杂性
- 在设计和开发中用于基因传递的病毒载体的多样性
- 分析测定时间长且变异性大的次优下游处理
在整个下游纯化过程中，会执行多项测定来确定决定收率的关键分析属性并报告关键质量属性 (CQA)，例如病毒载体纯度、效价、稳定性和安全性。 这些参数通常包括但不限于：
- 衣壳效价或颗粒计数
- 基因组计数
- 含有病毒颗粒的基因组百分比或全面分析百分比
- 血清型鉴定
- 聚集体形成
- 非目标宿主细胞蛋白和核苷酸污染
前三项参数（衣壳效价、基因组计数、全面分析百分比）通常使用以下两种或多种测定方法进行测量：qPCR、ddPCR、ELISA、AUC、HPLC-AEX 和/或 TEM。 每种方法都具有与所测量的参数、通量、速度、准确度和样品体积要求相关的内在优势和弱点。
在 AAV 等病毒载体的工艺开发中，Zetasizer Ultra 非常适合用作补充测定方法，该方法可用于现有分析工作流程，对总病毒颗粒浓度、衣壳效价、衣壳粒度、电荷、聚集体形成、热稳定性和脱壳进行快速、无标记、无损、低容量的正交测量。
准确无误的粒度分析对于颗粒浓度测量至关重要。 Zetasizer Ultra 利用三个散射角度实现更精确、更高分辨率的测量。 在多角度动态光散射 (MADLS) 中，会收集来自背面、侧面和正面角度的散射信息并将其组合到单个更高分辨率的粒度分布中，从而提供更具代表性的数据。
尺寸排阻色谱法 (SEC) 长期以来一直是被用作测量大分子、蛋白质、病毒、多糖和聚合物分子量的关键工具。 多检测 SEC 系统 OMNISEC 可以提供 AAV 的多项关键分析和质量属性的相关数据，例如衣壳和基因组效价以及全面百分比 — 仅通过紫外线检测无法获取这些数据。 这些重要参数提供了有关病毒载体纯度、效价和稳定性的关键信息。
差示扫描量热法 (DSC) 是一种成熟的工具，用于对基于病毒的产品（包括几种商业疫苗）进行表征和开发。 除了病毒载体的多项稳定性指标，DSC 还提供了具有血清型 ID 特征的衣壳崩解 TM，它会映射热稳定性、指纹高阶结构，并且可检测因应力、配方或工艺条件变化而导致的结构变化。
病毒衣壳稳定性和功能处于良好的平衡中。 病毒衣壳必须足够稳定才能容纳和保护基因组，与宿主细胞表面结合以进行细胞摄取，以及在细胞环境中确定正确的行进方向。 但是，病毒衣壳也必须提供足够的构象不稳定性才能在复制位点释放基因组。
目前我们对 AAV 载体脱壳机制还缺乏足够的了解，但似乎需要结构变化才能进行脱壳和基因组释放。 病毒载体脱壳倾向被认为与重要的质量属性 — 传染性相关。 DSC 与动态光散射热坡道相结合，可用于评估病毒衣壳在缓冲和应力条件下的脱壳倾向。
