‘Nanosnag’ virusdetectietechniek kan de vaccinproductiekwaliteitscontroles stroomlijnen

Omdat virale vaccins in toenemende mate worden gebruikt om aan de wereldwijde gezondheidsbehoeften te voldoen, produceert de farmaceutische industrie grotere hoeveelheden virus om ze te maken. Een nieuwe methode voor virusdetectie van onderzoekers van de afdeling Chemical Engineering van de Carnegie Mellon University is klaar om de kwaliteitscontrole in vaccinproductie te verbeteren door virale genomen snel te kwantificeren in monsters die rechtstreeks uit bioreactoren zijn genomen.

Onderzoek van het Schneider Lab heeft een nieuw mechanisme van elektroforese ontdekt dat een zeer kort stuk dubbelstrengs DNA bevestigt, dat ze een nanosnag noemen, aan een viraal genoom.

“De nanosnag vertraagt ​​het genoom terwijl het door een gelachtige matrix beweegt in aanwezigheid van elektrische velden. Deze abrupte vertraging concentreert de genomen in een scherpe band die bevestigt dat het virale genoom intact is en ons vertelt hoeveel ervan is,” verklaarde Jim Schneider, professor van chemische engineering.

Ondanks de vertraging van de nanosnag, zijn de runs van 10 minuten zeer snel in vergelijking met gelelektroforese, polymerasekettingreactie (PCR) of andere methoden die worden gebruikt om DNA te testen. Dit komt omdat de methode van Schneider oppervlakteactieve stoffen gebruikt in plaats van polymeren als een gelachtige matrix.

Polymeren zoals die die worden gebruikt in gelelektroforese hebben langlevende verknopingen die het DNA moet bewegen. Dat creëert een zeefproces dat DNA scheidt op basis van lengte. Schneider, een professor in chemische technologie, heeft vele jaren besteed aan het ontwikkelen van elektroforese methoden voor het scheiden van DNA. De crosslinks in de oppervlakteactieve systemen die Schneider gebruikt, leven niet zo lang, dus hoewel ze effectief zijn, laten ze lang DNA of RNA snel passeren.

In zijn eerdere werk met korte DNA-doelen ontwikkelde Schneider miceltagging-elektroforese (MTE). Hier verzamelt de oppervlakteactieve stof zich in een micel en hecht zich aan het DNA van interesse, waardoor voldoende weerstand wordt gebracht om het doel -DNA van anderen in het mengsel te scheiden.

Voor langer DNA, zoals een viraal genoom, is meer weerstand vereist. In plaats daarvan vond het Schneider -lab manieren om met MTE met MTE te trouwen. “Je hebt nog steeds het mechanisme van drag-tagging, en je hebt nu ook een mechanisme van zeven,” zei Schneider. Zijn lab heeft gewerkt om te begrijpen hoe die mechanismen op elkaar inwerken.

Hun nieuwe Nanosnag -methode doet twee dingen. Het verandert de mobiliteit van het virale genoom om het op een plaats te plaatsen waar het duidelijk is gescheiden van het andere niet -geageerde materiaal. Het heeft ook een concentrerend effect. De snelle vertraging van het genoom wanneer het begint te interageren met micellen veroorzaakt een concentratie zoals die wordt gezien op elk moment dat zoiets zeer snel beweegt, wordt gedwongen om te vertragen. Stel je de verkeerscongestie voor veroorzaakt door een rijstrookafsluiting op een snelweg.

“Wat verrassend is, is dat de toevoeging van een klein, 30-base fragment van dubbelstrengs DNA zo’n enorm effect heeft op de migratie van een viraal genoom van 5.000 basen,” zei Schneider.

“We hebben aanvankelijk het fragment bevestigd als een manier om fluoroforen aan het genoom te bevestigen en verwachtten geen invloed op de elektroforetische mobiliteit. Maar wanneer u in de polymeerfysica graaft, ziet u waarom het gebeurt. Het korte, dubbelstrengs fragment is veel stifter dan het genoom en het genoom dwingt het genoom te nemen, meer wikkelpad door de matrix.”

De tagging -techniek stelt onderzoekers ook in staat om alleen het virale genoom te detecteren, omdat het nanosnagfragment specifieke sequenties bindt. “Als die sequenties niet bestaan ​​op een DNA- of RNA-fragment in een monster, zal de nanosnag zich niet hechten en niet van deze vertraging of slijpen vindt plaats”, zegt hij. “Dus we kunnen het virale genoom vol vertrouwen discrimineren van andere nucleïnezuren die mogelijk in het monster zijn.”

De nieuwe methode kan bijvoorbeeld worden gebruikt om het aantal virussen in een bioreactor te tellen die ze maakt. Virale bioreactoren produceren geen gestage hoeveelheid virus, vanwege de manier waarop virussen gedurende de celcyclus worden geproduceerd. Huidige methoden om te meten hoeveel virus zich in een batch bevindt, zijn langzaam en onnauwkeurig. Schneider’s Nanosnag -methode, gepubliceerd in Biomacromoleculenbiedt de biomanufacturing -industrie een directe manier om het virus te kwantificeren, en het is snel.

Schneider is actief betrokken bij farmaceutische bedrijven om de technologie naar productielijnen te brengen. Een uitdaging is dat bioreactormonsters veel celafval, virale capsiden en andere eiwitten hebben die meestal interfereren met virale detectiemethoden. De oppervlakteactieve stoffen die als gelachtige matrices worden gebruikt, kunnen deze verbindingen in micellen sekwestreren zodat de elektroforese niet wordt beïnvloed. Het is een actief onderzoeksgebied in het Schneider Lab.

De elektroforese -methoden van Schneider bieden een uniek voordeel voor vertaling naar de industrie omdat farmaceutische laboratoria al standaard commerciële platforms hebben om elektroforese te doen. “Als ze onze methoden volgen, hoeven ze geen nieuwe apparatuur te kopen en kunnen ze meteen genieten van de snelheid en nauwkeurigheid,” zei hij.