杆状病毒滴度检测:生物制品生产的 “活性标尺” 与质控关键

杆状病毒滴度检测是不可替代的质量控制环节 —— 病毒滴度(单位体积内活性病毒粒子数)直接决定昆虫细胞感染效率、目的蛋白产量及生产批次稳定性。

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一、引言

杆状病毒表达系统(BVES)凭借高表达效率、良好蛋白修饰能力及生物安全性,已成为重组蛋白、rAAV 载体、亚单位疫苗(如流感疫苗 FluBlok®)生产的核心工具。在 BVES 应用中,杆状病毒滴度检测是不可替代的质量控制环节 —— 病毒滴度(单位体积内活性病毒粒子数)直接决定昆虫细胞感染效率、目的蛋白产量及生产批次稳定性。杆状病毒感染周期中,出芽型病毒粒子(BV)是体外介导外源基因表达的核心形式,其活性与浓度的精准测定,是保障生物制品生产高效性与安全性的关键前提。
      

二、杆状病毒滴度检测的技术背景

(一)滴度检测的必要性

杆状病毒(如常用 AcNPV)的感染效率完全依赖 BV 活性与浓度,生产全流程需通过滴度检测把控关键节点:

          

重组病毒筛选:验证纯化后病毒活性,排除缺陷病毒;

病毒扩增:监测 BV 增殖效率,确保滴度达 10⁶~10⁸ PFU/mL,满足大规模感染需求;

细胞感染:依据滴度计算 MOI(感染复数)——MOI 过高致细胞过早裂解,过低则降低蛋白表达效率,精准控制比例是工艺稳定的核心。

(二)宿主细胞与检测的关联性

滴度检测需依托敏感昆虫细胞系,细胞特性直接影响检测准确性:

        

Sf9 细胞:对 AcNPV 敏感性高,贴壁生长时形态规则,是病毒扩增与滴度检测首选;

Sf21 细胞:直径大于 Sf9,空斑更易观察,适合精细化检测;

Hi5 细胞:更适分泌型蛋白表达,对杆状病毒敏感性较低,较少用于滴度检测。

         

三、杆状病毒滴度检测的常用方法

(一)空斑形成实验:“金标准” 检测

基于 “单个活性 BV 感染细胞后形成可见空斑” 的原理,结果以 PFU/mL 表示,流程如下:

     

对数期 Sf9 细胞铺板(2×10⁵ cells/mL),贴壁 4~6 小时形成单层;

病毒液 10 倍梯度稀释(10⁻²~10⁻⁸),每稀释度 3 个重复孔,每孔加 100~200 μL 病毒液,37℃孵育 1 小时;

吸除病毒液,加 40℃低熔点琼脂糖培养基,凝固后 27℃培养 5~7 天;

计数 10~100 个空斑的稀释度,按 “滴度 = 空斑数 × 稀释倍数 / 感染体积” 计算。

      

优势是直接量化活性病毒,结果可靠;不足是耗时(5~7 天)、依赖人工计数,高通量适配性差。

(二)终点稀释法:半定量替代方案

通过检测细胞病变(CPE)最低稀释度推算滴度,结果以 TCID₅₀/mL 表示:

     

Sf21 细胞铺 96 孔板(1×10⁴ cells / 孔),贴壁 24 小时;

病毒液 2 倍或 10 倍稀释(10⁻¹~10⁻¹²),每稀释度 8~12 复孔,加 100 μL / 孔;

27℃培养 7~10 天,记录 CPE 孔数;

用 Reed-Muench 法计算 TCID₅₀,按 “1 TCID₅₀≈0.7 PFU” 换算。

     

优势是无需琼脂糖覆盖、操作简便;不足是周期长(7~10 天)、半定量,准确性略低。

(三)快速检测技术:效率升级方案

免疫荧光法(IFA):感染后 24~48 小时,用抗病毒结构蛋白抗体(如抗 Polh 抗体)结合荧光二抗,计数阳性细胞推算滴度。周期缩至 2~3 天,灵敏度高,但需特异性抗体,成本较高;

实时定量 PCR(qPCR):检测病毒保守基因(如 Polh、p10)拷贝数,结合换算系数(1×10⁶拷贝≈10³~10⁴ PFU)得活性滴度。6 小时内完成,通量高,但无法区分活性与非活性病毒,需结合传统方法验证。

       

四、滴度检测在生物制品质控中的应用

(一)生产工艺控制

rAAV 载体生产:需 BV 滴度达 10⁷ PFU/mL 以上,才能实现 Sf9 细胞高效包装(产量 10¹⁴ VG/L);

亚单位疫苗生产:如 FluBlok® 生产中,依滴度控制 MOI(5~10),确保 Sf9 细胞高效表达 HA 蛋白;

重组蛋白生产:根据滴度调整感染时间,避免细胞过早裂解影响蛋白分泌。

(二)宿主残留风险管控

《中国药典》(2020 版)规定生物制剂 DNA 残留≤100 pg / 剂,FDA、EP 亦有严格限度。若病毒滴度过低,感染效率下降、细胞培养延长,会增加宿主细胞残留 DNA 释放量。精准滴度检测可优化感染工艺,间接降低残留风险,保障产品安全。
               

五、总结与展望

杆状病毒滴度检测是 BVES 生产的 “活性标尺”,从传统空斑实验到快速分子检测的迭代,既保留准确性,又满足高效生产需求。未来,随着 BVES 在基因治疗、新型疫苗领域的应用拓展,滴度检测将向自动化(如微流控单病毒计数)、标准化(多中心数据校准)方向发展,为生物制品高效研发与规模化生产提供更精准的质控支撑。

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