类病毒颗粒:从基础概念到前沿应用——关于其生产、工程化及临床转化的全面综述

时间:2026年5月24日
来源:Methods

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穆罕默德·萨德格·洛特菲 | 萨伊德·贾法里 | 穆罕默德·拉兹米耶基 | 穆罕默德·萨德格·哈什姆扎德伊朗德黑兰巴基亚塔拉医学科学大学新健康技术研究所纳米生物技术研究中心摘要类病毒颗粒(VLPs)是一种非传染性的纳米颗粒,它们与天然病毒相似,由于其重复的表面几何结构和高效的淋巴

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穆罕默德·萨德格·洛特菲 | 萨伊德·贾法里 | 穆罕默德·拉兹米耶基 | 穆罕默德·萨德格·哈什姆扎德
伊朗德黑兰巴基亚塔拉医学科学大学新健康技术研究所纳米生物技术研究中心

摘要

类病毒颗粒(VLPs)是一种非传染性的纳米颗粒,它们与天然病毒相似,由于其重复的表面几何结构和高效的淋巴结引流能力而具有高度免疫原性。尽管其在预防性疫苗中的有效性不容否认,但VLP的应用范围已经大大扩展。本文全面回顾了整个VLP的研发过程,包括生产和临床转化。我们对比了不同的表达系统,如原核细胞、酵母、杆状病毒/昆虫细胞(BEVS)、哺乳动物细胞以及新兴系统,并分析了它们在产量、真实性和可扩展性方面的优缺点。文章探讨了通过基因融合和化学偶联等复杂工程方法对VLP进行功能化的方法,这些方法可以实现功能性抗原展示、细胞特异性靶向以及多种载荷的封装。除了疫苗应用外,我们还讨论了VLP在靶向药物递送、癌症治疗、基因编辑和分子成像领域的最新应用。最后,本文重点关注了制造可扩展性、分析表征以及临床转化的监管途径等关键问题。这一分析结合了关键原理和前沿技术,突显了VLP作为多功能纳米技术的变革性潜力。

引言

类病毒颗粒(VLPs)是一种复杂的纳米级生物分子结构,它们模仿了天然病毒的形态和结构组织,但不含有病毒遗传物质[1]。因此,它们是非传染性的且无法复制,属于一种特殊的超分子组装体[2]。VLPs由一种或多种结构病毒蛋白组成,这些蛋白具有自组装成直径20-200纳米颗粒的能力[3][4]。这种自组装的结果是表面形成了重复的高密度表位阵列,这是其免疫原性的重要特征[5]。
VLPs的出色免疫原性是它们至关重要的原因[1]。它们与真实病毒的相似结构使它们能够被抗原呈递细胞(包括树突状细胞和巨噬细胞)有效摄取[4]。重要的是,它们的颗粒性质和重复的表面几何结构能够强烈刺激体液免疫反应,从而产生强效且常常具有中和作用的抗体[5]。此外,它们足够小,可以高效地被输送到淋巴结,并能够与B细胞受体交联,从而引发强大的T细胞独立免疫反应[5][6]。大量VLPs还能通过病原体相关分子模式(PAMPs)自然激活先天免疫系统,因此它们本身就起到了佐剂的作用,从而在没有感染因子的情况下引发强烈、广泛且持久的免疫反应[7]。
尽管VLPs最初和最成熟的应用是在预防性疫苗开发中,但它们的作用远不止于此[1]。它们是理想的、可编程的纳米平台,具有明确的架构和生物相容性,适用于多种生物医学应用[8]。通过基因融合或化学偶联,可以对其表面进行工程改造以展示多种抗原、靶向配体或功能基团[9]。它们可以装载治疗性载荷,如化疗药物、核酸(siRNA、mRNA、CRISPR-Cas系统)或用于成像[10]。这种非凡的适应性使VLPs成为靶向药物递送、精准癌症治疗、基因编辑和诊断纳米设备等先进领域的领先技术[11]。
VLP技术的快速发展要求对这一领域进行全面总结,包括其原理、最具创新性的应用以及未来仍需解决的转化问题。本文将尝试提供对VLP领域的全面概述。我们将首先介绍用于生成VLP的不同生产系统及其优缺点,然后探讨扩展其功能性的先进工程策略。随后,我们将回顾VLP从传统疫苗应用向新型治疗和诊断应用的进展。最后,我们将批判性地分析临床转化和监管批准中的最大挑战,并展望这项变革性技术的未来,以释放其全部潜力。

章节摘录

VLP生产系统(不同表达宿主的优缺点)

类病毒颗粒(VLP)技术在从概念研究到临床实践的有效应用在很大程度上取决于理想生产系统的选择。这一决策需要在产量、可扩展性、成本效益以及组装颗粒的结构保真性和功能真实性之间进行权衡。目标VLP的复杂性取决于其组成蛋白的数量,以及是否需要脂质

VLP功能化的先进工程策略

VLPs本身具有免疫原性和生物相容性,这为它们的应用奠定了基础,但通过先进的工程方法可以实现精确的功能化,从而将通用VLP转化为能够呈现特定抗原、靶向特定组织并递送多种治疗性载荷的定制纳米装置(图2)。VLP工程方法包括基因融合和化学偶联

成熟应用:基于VLP的疫苗

迄今为止,类病毒颗粒技术最成功且经过临床验证的应用是在预防性疫苗领域。与传统的疫苗平台相比,基于VLP的疫苗在安全性和免疫原性方面具有显著优势。它们与天然病毒的相似结构使其能够诱导强烈且持久的免疫反应,而缺乏病毒遗传物质则保证了出色的安全性

新兴应用:VLP作为下一代治疗平台

基于VLP的成功经验,它们正在成为具有广泛治疗用途的平台,超越了预防用途。其明确的架构、生物相容性和工程能力使它们成为靶向药物递送和精准医疗干预的理想纳米载体,尤其是在肿瘤学和基因治疗领域[8][11]。

临床转化挑战与监管考虑

将类病毒颗粒(VLP)产品从研究实验室转化为临床应用的过程涉及制造、表征和监管等多个复杂环节。尽管VLP具有巨大潜力,但其复杂性要求全面考虑各种因素,以确保它们成为安全有效的生物医学产品(表6)[6][57]。

结论

类病毒颗粒(VLPs)已成为生物医学领域最具前景的纳米技术进展之一,远远超越了病毒的结构类似物。这些合成纳米结构已成为医学科学前沿的强大而多功能平台,在预防和治疗方面带来了深远变化[1][2]。基于VLP的疫苗对乙型肝炎病毒和人乳头瘤病毒的有效性已经得到证实[21][22]。
选择

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

感谢巴基亚塔拉医院临床研究发展部的指导和建议。同时,我们也感谢巴基亚塔拉医学科学大学研究和技术综合实验室(RTCL)的支持。
伦理批准
所有评估均遵循伦理原则,并在大学伦理委员会的监督下进行(伦理编号:IR.BMSU.BLC.1401.009)。
利益冲突
作者声明他们没有已知

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