使用杆状病毒/昆虫细胞系生产疫苗的概念相对较新,但受到越来越多的关注,尤其是病毒载体和VLP。该系统的主要优点是即时(无需建立细胞系)和安全(无需完整的病毒 DNA)生产。
Cervarix 是葛兰素史克针对人乳头瘤病毒感染的 VLP 疫苗,是***种使用昆虫细胞的商业人类疫苗。使用杆状病毒/昆虫细胞系统的各种基于 VLP 和 rAAV 载体的疫苗也在开发中。
源自草地夜蛾(SF9 和 SF21)和斜纹夜蛾(Spodoptera litura)(BTI-TN5B1-4)的昆虫细胞系是***常用的细胞系,它们可以悬浮生长,因此上游过程的放大更简单。在达到所需的活细胞密度后,对数期的细胞用重组杆状病毒感染进行蛋白质表达。杆状病毒基因组很大,可以表达5种以上不同的蛋白质,也满足了VLP和病毒载体的复杂性要求。
昆虫细胞培养液的下游过程具有很大的可变性,这恰恰说明了这种方法生产的蛋白质的多样性。操作的***步受生物反应器进料和液体特性的影响很大,包括细胞密度、活性和产物释放特性,如出芽分泌或细胞裂解。昆虫细胞将在杆状病毒感染后 3-5 天裂解。细胞裂解会释放酶和其他可导致重组蛋白水解的物质。应特别注意。
不同的方法可用于细胞裂解,例如冷冻和解冻、表面活性剂、匀浆或超声。昆虫细胞没有细胞壁,所以它们溶解得很快。尽管超声是实验室规模***常用的技术,但很少用于中试或商业规模。一般在加入低浓度的表面活性剂后进行高压均质处理。离心所得混合物以除去不溶性颗粒。此阶段裂解液非常混浊,很难直接用过滤器过滤。添加核酸酶可以解决某些过滤问题。收获后,细胞用磷酸盐缓冲液冲洗,并在含有裂解缓冲液的高盐条件下快速冷冻和解冻,以帮助去除聚集体。
细胞裂解不仅会释放病毒颗粒,还会释放大量污染宿主核酸,因此昆虫细胞产生的VLP和病毒载体非常难以澄清。昆虫细胞可以生长到更高的细胞密度,例如 1-9 x 10^6 个细胞/毫升。因此,澄清需要能够处理高细胞密度、高核酸含量的液体,并去除杆状病毒颗粒。
由于细胞密度高,离心一直是过去***的初始澄清方法。但膜技术是一个非常有吸引力的替代方案,因为它更容易扩大规模。深度过滤已成功用于轮状病毒样颗粒的下游过程。在实验室规模,CsCl 密度梯度超速离心法也常用于复杂颗粒的纯化,但其产量明显低于结合表面活性剂、深层过滤和超滤的完整下游工艺。
另一个成功案例是使用 0.45μm 和 500kD 中空纤维来收集和浓缩昆虫细胞产生的 HIV 病毒样颗粒。本实验根据细胞完整性状态优化中空纤维的剪切速率,从而建立低剪切切割工艺以替代实验室规模的蔗糖梯度超速离心。该工艺可应用于批量生产。
对于在细菌或酵母系统中表达的 VLP 疫苗,澄清方法的选择取决于 VLP 是否释放到细胞外培养基中。如果VLP不能有效分泌,则需要进行细胞裂解或其他提取操作才能澄清。尽管离心是行业用于澄清细菌或酵母系统表达的蛋白质的传统黄金标准,但如今,膜技术因其可扩展性和与一次性过程的兼容性而受到越来越多的关注。
研究已经使用离心、TFF 或两种方法的组合来制备和澄清大肠杆菌产生的 VLP。实验中,将高压匀浆得到的大肠杆菌匀浆稀释后,用0.45μm TFF膜在5℃下澄清。结果表明,基于TFF的膜技术适用于处理高粘度收获液,尤其是中空纤维TFF模块。同时,实验评估了使用离心代替TFF澄清的结果。相比之下,离心更麻烦。