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近年来,随着重组腺相关病毒 (rAAV) 载体广泛应用于体内基因治疗,其相关工艺研究样品的分析表征和质量控制越发受到审评机构重视。例如在AAV产品的临床用药安全和有效剂量研究中,样品的精确量化是数据分析的基础,关键质量控制包括滴度检测、纯度分析、靶序列鉴别等。病毒的基因组滴度是一个关键质量属性,同时也是临床给药量的重要基础,因此需要采用准确度较高的方法进行基因组滴度的检测。
ddPCR(droplet digital PCR)技术的萌芽与发展给上述问题带来了解决方案。ddPCR技术在PCR扩增前对样品进行微滴化处理,将含有待测样品的反应体系分成上万个纳升级的微滴。通过PCR仪对靶基因进行扩增和信号放大,再使用微滴分析仪根据检测通道对液滴逐个进行荧光检测。根据泊松分布原理及阴阳性微滴的分析,即可实现靶基因的起始拷贝数或浓度的测定。由于不需要标准曲线,ddPCR方法被称为是绝对定量方法,可以避免使用qPCR进行rAAV基因组滴度检测的标准品相关问题,准确性更好。此外,就检测的批内和批间精密度而言,ddPCR在检测rAAV基因组滴度方面也优于qPCR,并且对样本或制剂含有的潜在反应干扰物具有更强的抗干扰能力,检测灵敏度可以达到10 copies/反应或更低。
除了在绝对定量上得天独厚的优势,使用ddPCR对同一rAAV样品的不同位点进行标记,还能够实现rAAV样品的基因组完整性分析。如果可以进一步证明rAAV的完整基因组滴度与rAAV样品转导活性的关系,甚至能够将ddPCR方法发展成为转导活性检测的替代方法。
除了在rAAV上的应用,ddPCR的检测手段也可以应用在细胞治疗产品和mRNA的质量控制上。在细胞治疗产品中,Car细胞拷贝数/插入基因阳性率对于治疗效果也是非常关键的质量属性,通过设计靶标基因和内参基因,使用ddPCR技术对2个基因进行绝对定量,避免标准曲线校准及扩增效率的影响,CAR拷贝数结果准确度高,重复性好。并且也可以直接将细胞进行液滴包裹,形成单细胞的液滴,通过PCR扩增和液滴的信号收集,从完整细胞的角度进行插入基因的分析,获得细胞样品的插入基因阳性率检测结果,与CAR拷贝数检测一同在基因水平进行转导效率的研究,同时与蛋白水平流式细胞荧光分选技术(FACS)共同分析,可更好的支持工艺开发与优化,保证产品的有效性。
ddPCR技术不仅在AAV和Car-T产品中具有广泛的应用,而且在质粒、活菌和mRNA等产品的质量分析中也扮演着非常重要的角色。博腾生物分析检测部门的ddPCR平台自成立以来,成功开发出多种运用于rAAV、细胞产品(如Car-T、MSC)、mRNA、质粒和活菌产品的检测方法,在ddPCR分析方法开发和验证上具备充足的经验。
1. 标准品定量及AAV基因组滴度检测

图1为标准品梯度稀释试验,结果表明定量限可低至20拷贝/反应,检测限可至5~10拷贝/反应,ddPCR方法能更好的用于标准品的定量和残留检测。
图2为AAV基因组滴度检测的代表性图谱,通过对AAV样品的前处理,再通过ddPCR系统进行液滴生成并进行PCR扩增后读取液滴信号,结果表明博腾生物使用ddPCR对病毒滴度进行检测,其结果阴阳性区分明显,易于分析,结果准确,并且相同样品不同天检测CV值≤10%。
2. 插入基因阳性率/CAR拷贝数检测


表1. 细胞完整率及插入基因阳性率汇总表
图3为插入基因阳性率检测的代表性图谱。通过加入细胞样品生成液滴实现液滴包裹细胞后进行检测,结果表明博腾生物使用ddPCR方法对细胞进行检测时,细胞完整率高,干扰少,阳性率结果准确、稳定,细胞完整率>97%。
图4为CAR细胞拷贝数检测的代表性图谱。通过设计特异引物进行扩增,由图4可看出,各信号团聚团,无散点,易于分析,结果稳定可靠。
3. mRNA Poly A 加尾率分析
图5. mRNA Poly A加尾率

表2. mRNA Poly A加尾率分析数据汇总
图5为ddPCR方法分析mRNA Poly A加尾率的代表性图谱。将mRNA分子进行液滴包裹,通过不同区域液滴占比,以及数据分析,计算出带有Poly A的mRNA和总mRNA数量。由结果分析,阴性样品无干扰,Poly A尾检测专属性好,特异性强。并通过不同类型样品混合进行加标回收率实验,方法加标回收率在70%~130%之间,结果准确可靠。
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