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毛细管电泳技术在基因治疗领域中的应用

毛细管电泳技术在基因治疗领域中的应用 博腾生物
2023-05-26
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一、毛细管电泳技术简介

毛细管电泳技术(Capillary Electrophoresis, CE)是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力,根据样品中各组分之间迁移速度和分配行为上的差异而实现分离的一类液相分离技术,迅速发展于80年代中后期,它实际上包含电泳技术和色谱技术及其交叉内容,是分析科学中继高效液相色谱之后的又一重大进展。毛细管电泳技术根据分离机理和介质不同,具有多种分离模式,可应用于不同类型样品检测(如表1所示)。因兼有高压电泳及高效液相色谱优点,CE是极性物质分离的首选方法,其优点包括:






1.所需样品量少,仪器简单,操作简便。

2.分析速度快,分离效率高,分辨率高,灵敏度高,自动化程度高。

3.仪器具有操作(OQ)认证,操作软件能够进行权限设置和审计追踪。可配备不同检测器(UV、DAD、LIF)对不同产品类型进行分析。

CE现已广泛应用于蛋白抗体类药物的纯度及等电点检测,以及基因细胞治疗产品的DNA质粒和mRNA完整性测试、病毒载体残留DNA片段大小分析,及病毒载体基因组完整性分析等。


表1 高效毛细管电泳的分离模式与应用




二、毛细管电泳技术在基因治疗领域的应用


01
质粒纯度分析
质粒DNA作为基因制剂的传递载体,被广泛应用于基因治疗、细胞治疗、疫苗等生物制品领域。质粒DNA主要有三种拓扑结构,超螺旋(聚集体)、开环和线性形式。超螺旋质粒在细胞转染及基因表达方面优于其他形式,高质量、高纯度的超螺旋质粒DNA是确保基因制剂安全性和有效性的前提条件,因此需要对质粒的超螺旋比例进行监测。博腾生物平台已建立完善的毛细管凝胶电泳法,不仅可将这3种构象分离,并且各构象分离度良好,灵敏度高,适用于不同大小范围的质粒DNA 构象纯度检测的质量控制。其分离原理为在凝胶缓冲液中添加核酸荧光染料,并将其填充于毛细管中;当样品进入毛细管后,与荧光染料结合形成质粒-染料复合物。在高压电场的作用下复合物会依据质粒构型依次通过毛细管检测窗口,超螺旋质粒DNA优先出峰,线性和开环质粒DNA较晚出峰。通过峰面积归一化,可以确定待测样品超螺与其他构型的相对比例。


图1 DNA质粒超螺旋检测(CGE法)检测图谱

(图谱源于博腾生物理化平台)


02

病毒载体非目标DNA片段大小分析

生物制品中宿主细胞残留DNA片段与其他非目的DNA基因具有潜在致瘤和传染风险,所以各国药品监管部门对残留DNA杂质的限量要求非常严格外,对于非目的DNA片段长度也有明确规定,如《体外基因修饰系统药学研究与评价指导原则》中提到“建议控制非目的 DNA 片段大小(建议在200bp以下),并对已知的高风险基因进行专项监测”。博腾生物建立毛细管凝胶电泳匹配LIF检测器(CGE-LIF)方法,可准确检测出病毒样品中非目的DNA片段(>200bp)残留含量,且该方法解决了提取回收率较差、准确度不理想的难题。博腾生物建立的该方法准确度高(理论浓度±20%),重复性好(CV<30%)、灵敏度高(LOQ限低至2ng/ml),线性相关系数高于0.99,可用于慢病毒类产品非目的DNA片段(>200bp)的残留检测。  


图2 慢病毒类产品非目的DNA片段(>200bp)残留检测(CGE法)检测图谱(图谱源于博腾生物理化平台)


图3 非目的DNA片段(>200bp)残留检测(CGE法)线性验证结果(图谱源于博腾生物理化平台)


03
mRNA完整性分析
mRNA疫苗的生产和质控中,毛细管电泳技术在mRNA纯度、完整性、mRNA加帽效率、Poly A分布、载体(LNP等)的等电点分析等检测项目中具有极大的应用优势。


mRNA在制备、加工、配方和长期储存过程中可能会发生降解,因此通过CE对mRNA的完整性进行分析,对于产品质量保证和指导工艺开发至关重要。博腾生物CE分析平台进一步开发优化了mRNA完整性分析(CGE-LIF法),可有效的依据mRNA片段大小来进行高分辨率的分离和高灵敏度的检测,表征mRNA的产品纯度和完整性。


图4 mRNA完整性分析(CGE法)检测图谱

(图谱源于博腾生物理化平台)


04
rAAV基因组完整性分析
腺相关病毒因其良好的安全性及高效的基因递送能力,已成为基因治疗领域的重要病毒载体之一。重组腺相关病毒(rAAV)在生产过程中可能会产生基因组不完整的病毒颗粒,这部分Partial包装的病毒会降低载体的有效性;因此需要有灵敏的方法表征病毒基因组的完整性。采用毛细管电泳技术结合激光诱导荧光检测器可用于基因组完整性的分析,表征病毒载体的基因组完整性[1]

图5 rAAV基因组完整性分析(CGE法)检测流程


图6 rAAV基因组完整性分析(CGE法)检测图谱[1]


05
rAAV衣壳蛋白纯度分析
腺相关病毒的衣壳由VP1, VP2,VP3三个亚基蛋白按1:1:10的比例构成,采用毛细管电泳仪及激光诱导荧光检测器可对rAAV产品的三个亚基蛋白纯度进行表征。在rAAV产品长期保存中,衣壳蛋白亚基可能会发生破裂降解,通过CE-LIF的方法亦可监控衣壳蛋白的稳定性。

图7 rAAV样品衣壳蛋白纯度表征图谱[2]


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……


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参考文献
1.   Genome integrity analysis of adeno-associated viruses (AAV) using multi-capillary gel electrophoresis.
2.   Sensitive AAV Capsid Protein Impurity Analysis by CE Using Easy to Label Fluorescent Chromeo Dye P503

关于博腾生物

苏州博腾生物制药有限公司成立于2018 年12月,立足于苏州工业园区,以上市公司-重庆博腾制药科技股份有限公司(股票代码:300363)为依托,搭建了质粒、细胞治疗、基因治疗、溶瘤病毒、核酸治疗及活菌疗法等CDMO平台,提供从建库,工艺方法及分析方法开发,cGMP生产到制剂灌装的端到端服务,贯穿药物不同研发阶段,帮助客户加快药物研发与上市进程。
博腾生物聚焦基因与细胞治疗,在博腾股份的成功经验之上,以国际一流的专业人才为核心,秉承“客户第一”的服务宗旨,以“合规、专业、专注、开放协作”为品牌理念,延续母公司强大的IP保护和项目管理机制以及完善的质量管理体系,充分利用核心团队将基因和细胞治疗产品推向临床直至上市的成功经验,为全球客户提供优质和高效的服务,让好药更早惠及大众。

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博腾生物
博腾生物立足苏州工业园区,以上市公司-重庆博腾制药科技股份有限公司(股票代码:300363)为依托,打造基因细胞治疗从药物发现到工艺开发到生产的CRO+CDMO一体化的服务平台,让好药更早惠及大众。
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