바이러스와 그 파생물은 바이오메티신, 바이오 및 나노기술에서 많은 응용 분야를 가지고 있습니다. 유전자 치료에서 바이러스는 다음과 같은 방법으로 변성 유전자를 표적 세포에 전달하거나 질병을 치료하거나 예방하기 위한 벡터로 사용됩니다. 

  • 질병을 유발하는 돌연변이 유전자를 건강한 유전자의 사본으로 대체
  • 부적절하게 기능을 하고 있는 돌연변이 유전자를 비활성화 또는 '해체'
  • 질병과 싸우거나 증후군을 치료하는 데 도움이 되는 새로운 유전자를 몸에 주입


아데노바이러스, 레트로바이러스, 렌티바이러스, 아데노 관련 바이러스(AAV) 및 기타 동물 바이러스는 수 십년 동안 유전자 치료법 개발에 사용되어 왔습니다. 최근 몇 년 동안 이 응용 분야는 재조합 AAV 벡터 엔지니어링 및 체내 유전자 치료법 생산의 발달로 인해 상당한 성장을 보이고 있습니다.

통제되고 경제적인 제조 공정을 통해 생성되는 효과적인 유전자 치료 벡터를 개발하려면 여러 가지 과제를 해결해야 합니다.  캡시드 설계부터 최적의 공정 및 제형 조건 식별, 약물 물질 및 약물 제품에 대한 종합적인 품질 관리에 이르기까지 다양합니다. 

생체내 유전자 치료 개발 워크플로 전체에 Malvern Panalytical 솔루션 적용

캡시드 설계부터 다운스트림 프로세스 조건의 최적화, 제형 및 안정성 테스트와 약물 물질 및 약물 제품의 확장된 특성 분석에 이르기까지, 동적 광 산란(DLS), 전기영동 광 산란(ELS)다각도 동적 광 산란(MADLS), 크기배제 크로마토그래피 - 다각 광산란(SEC-MALS), 나노입자 추적 분석(NTA), 등온 적정 열량측정(ITC)시차 주사 열량측정법(DSC) 등의 기술이 주요 분석 및 바이러스 벡터의 품질 속성을 과학자들에게 알려주어, 다음에 대한 특성 분석, 비교 및 최적화할 수 있도록 하는 데 사용됩니다.

  • 캡시드 크기(DLS, SEC, NTA)
  • 캡시드 적정 농도 또는 입자 수(MADLS, SEC, NTA)
  • 게놈 함유 바이러스 입자 비율/전체 분석 %(SEC
  • 응집체 형성(DLS, MADLS, SEC, NTA)
  • 단편화(SEC)
  • 열 안정성(DLS, DSC)
  • 고차원 구조 분석(DSC)
  • 혈청형 식별(DSC)
  • 캡시드 비코팅 및 게놈 추출(DLSDSC)
  • 수용기에 결합(ITC)
  • 전하(ELS)


DLS, MADLS, SEC-MALS, NTA, ITC 및 DSC는 최소한의 분석법 개발이 필요하며 모든 단계에서 즉시 적용할 수 있는 무라벨 생물물리학적 기술로서 유전자 치료 개발을 위한 분석 워크플로를 강화합니다.

주요 솔루션

주요 기술

연구 및 초기 개발: 바이러스 캡시드 설계

유전자 치료의 발견 과정은 기존의 약물 발견에서 흔히 볼 수 있는 것보다 짧지만, 높은 수준의 제품 복잡성으로 인해 안전하고 효과적인 제품 공급을 보장하기 위해 조기에 해결해야 할 추가적인 과제가 발생합니다. 이러한 당면 과제 중 하나는 다음과 같습니다.

  • 최적의 속성 및 기능에 따라 바이러스 캡시드 선택
  • 오리지널 바이러스 캡시드의 속성 및 기능 개선 및 수정을 위한 합리적인 단백질 엔지니어링


두 솔루션 모두 바이러스 벡터의 성능을 알리고 선택 프로세스에 다시 제공하는 종합적인 물리화학적, 생화학적 및 생물학적 데이터 세트를 기반으로 합니다. 

이 단계에서는 DLS, MADLS, SEC-MALS, ITCDSC를 사용한 엔지니어링 캡시드와 바이러스 벡터의 광범위한 생물물리학적 특성 분석을 통해 중요한 품질 측정 지표 및 생화학 및 생물학적 분석 결과의 해석에 대한 신뢰할 수 있는 평가를 지원합니다. 이는 캡시드 크기와 적정 농도 측정, 응집 형성, % 전체 측정, 수용체 결합, 열 안정성 및 캡시드 비코팅 성향을 통해 이루어집니다.

주요 솔루션

유전자 치료 공정 개발

유전자 치료 생산 공정은 엄격한 규제 요건 및 품질, 일정 및 비용에 대한 기타 내부 기대치를 충족해야 합니다. 맞춤 솔루션은 분석 워크플로를 지원 및 강화하고 다음과 관련된 문제를 해결하기 위해 필요합니다. 

  • 높은 수준의 제품 복잡성
  • 설계 및 개발에서 유전자 전달을 위한 다양한 바이러스 벡터 
  • 상당한 변동성이 발생하는 긴 분석적 분석으로 준최적의 다운스트림 처리


다운스트림 정제 공정 전반에 걸쳐 바이러스 벡터 순도, 효능, 안정성 및 안전과 같은 주요 품질 특성(CQA)의 산출량 및 보고를 결정하는 주요 분석 특성을 확인하기 위해 여러 가지 분석을 수행합니다.  이러한 매개 변수는 일반적으로 다음과 같지만 이에 국한되지는 않습니다.

  • 캡시드 적정 농도 또는 입자 수
  • 게놈 수
  • 게놈 함유 바이러스 입자 비율 또는 전체 분석 비율
  • 혈청형 특성 분석
  • 응집 형성 
  • 원치 않는 숙주 세포 단백질 및 뉴클레오티드에 의한 오염 


처음 세 가지 매개변수(캡시드 적정 농도, 게놈 수, 전체 분석 비율)는 qPCR, ddPCR, ELISA, AUC, HPLC-AEX 및/또는 TEM 중 두 가지 이상을 사용하여 일반적으로 측정됩니다.  각 방법에는 측정된 매개 변수, 처리량, 속도, 정확도 및 샘플 볼륨 요구 사항과 관련된 고유한 강점과 약점이 있습니다. 

유전자 치료: 특성 분석, 비교, 최적화

AAV와 같은 바이러스 벡터의 공정 개발에서 Zetasizer Ultra는 기존 분석 워크플로우에 활용할 수 있는 보완적 분석법으로 매우 적합하며, 전체 바이러스 입자 농도, 캡시드 적정 농도, 캡시드 크기, 전하, 응집 형성, 열 안정성 및 캡시드 비코팅에 대한 빠르고, 라벨이 없고 비파괴적이며 적은 부피의 직교 측정법을 제공합니다.

정확하고 정밀한 크기 분석은 입자 농도 측정에 필수적입니다. Zetasizer Ultra는 세 개의 산란 각도를 사용하여 보다 정밀하고 높은 분해능을 측정합니다. 다각도 동적 광 산란(MADLS)에서, 후방, 측면 및 전방 각도로부터 산란된 정보를 수집하여 하나의 고해상도 크기 분포로 결합하여 더 많은 대표 데이터를 제공합니다.

크기 배제 크로마토그래피(SEC)는 오래 전부터 거대분자, 단백질, 바이러스, 다당류 및 고분자의 분자량을 측정하는 주요 도구로 사용되어 왔습니다. 다중 검출 SEC 시스템인 OMNISEC는 캡시드 및 게놈 적정 농도 같은 AAV의 여러 주요 분석 및 품질 특성에 대한 데이터를 제공할 수 있으며, % 전체도 제공합니다. 이러한 데이터는 UV 검출만을 통해서는 액세스할 수 없습니다. 이 중요한 매개변수는 바이러스 벡터 순도, 효능 및 안정성에 대한 중요한 정보를 제공합니다.

시차 주사 열량측정법(DSC)은 여러 상업용 백신을 포함한 바이러스 기반 제품의 특성 분석 및 개발에 있어 잘 정립된 도구입니다. DSC는 바이러스 벡터에 대한 여러 안정성 지표 외에도, 혈청형 ID의 특징인 캡시드 비통합 TM을 제공하며, 열 안정성, 지문 고차원 구조를 매핑하고 스트레스, 제형 또는 공정 조건 변화에 대한 반응의 구조적 변화를 감지할 수 있습니다.

바이러스 캡시드 안정성과 기능이 균형 있게 고정됩니다. 바이러스 캡시드는 게놈을 포함하고 보호할 수 있을 만큼 충분히 안정적이어야 하며 세포 흡수를 위해 호스트 세포 표면에 결합하고 세포 환경을 탐색해야 합니다. 그러나 바이러스 캡시드는 복제 부위의 게놈을 방출할 수 있는 충분한 형태적 안정성도 제공해야 합니다.

AAV 벡터 비코팅의 메커니즘은 잘 알려져 있지 않지만, 캡시드 비코팅과 게놈 방출에 구조적 변화가 필요한 것으로 보입니다.  비코팅 바이러스 벡터 성향은 중요한 품질 특성인 감염성과 관련이 있는 것으로 가정됩니다. DSC는 동적 광 산란 열 램프와 함께 완충액과 스트레스 조건에 대한 바이러스 캡시드 비코팅 성향을 평가하는 데 사용할 수 있습니다.

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