基因治疗中病毒载体质量控制的新型纳米传感技术

病毒载体在基因编辑和基因治疗方面具有很大的潜力，但迫切需要开发质量控制方法，以尽量减少对患者的潜在副作用。为了解决这个问题，日本的研究人员开发了一种基于纳米传感的方法，可以在单粒子水平上区分功能性和故障性病毒载体。这种方便且廉价的技术有望使我们更接近推进遗传性疾病的治疗

在过去的几十年里，基因操纵技术取得了显著进展，使我们更接近于基因可以在体内进行修饰的地步。这些工具将为基因治疗开辟道路，开创医学的新时代。迄今为止，基因治疗最有希望的策略是利用病毒中现有的分子机制

特别是，腺相关病毒（AAV）载体最近引起了科学界的极大关注，因为它们有可能作为新冠肺炎等疾病的核酸疫苗。然而，在AAV载体制造过程中，一些颗粒可能只携带预期基因组的部分拷贝，而另一些颗粒可能是空的。这些有缺陷的载体可能会导致意想不到的副作用，这突显出在其生产中迫切需要强有力的质量控制方法

为了应对这一挑战，日本的一个研究小组最近报告了一种新的纳米传感技术来测量病毒载体特征。他们的发现发表在2024年6月5日在线发表在ACS Nano上的最新论文中

团队成员包括大阪大学科学与工业研究所的Makusu Tsutsui副教授和Tomoji Kawai教授；名古屋大学纳米生命系统研究所讲师Akihide Arima；名古屋大学未来社会创新研究所纳米生命系统研究所特聘教授Yoshinobu Baba；来自东京大学医学研究所的项目研究员Mikako Wada、助理教授Yuji Tsunekawa和Takashi Okada教授

所提出的方法涉及测量当向含有AAV的溶液施加电压差时流过纳米孔开口的离子电流。当纳米孔不受阻碍时，测量的离子电流相对恒定。但是当病毒颗粒通过纳米孔时，离子流会在短时间内被部分阻断，从而在离子电流读数中产生尖峰或脉冲

有趣的是，由于具有全基因组的AAV载体比空的或部分填充的载体更重，体积稍大，因此在它们通过纳米孔时可以区分它们——有缺陷的载体在测量的离子电流中产生的“特征”与全基因组载体明显不同

该团队通过实验、有限元模拟和理论分析验证了这一点。Tsutsui解释说：“通过设计具有最佳结构的传感器，我们首次发现了病毒载体大小的基因衍生亚纳米级差异。”

该技术允许对AAV载体进行方便且廉价的质量控制，迄今为止，AAV载体依赖于质量光度法、透射电子显微镜和分析超速离心等复杂方法

此外，除了AAV载体外，这种方法有望研究其他类型的病毒载体，为有效的基因治疗开辟新的途径，并深化我们对病毒生物学的理解。此外，确保临床使用的AAV载体的高质量可以降低患者剂量，从而最大限度地减少副作用 More information: Makusu Tsutsui et al, Identifying Viral Vector Characteristics by Nanopore Sensing, ACS Nano (2024). DOI: 10.1021/acsnano.4c01888

Journal information: ACS Nano