生物技术领域的慢病毒包装 – 理解三质粒系统的操作要点

2024年3月28日
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慢病毒(Lentivirus)因其可感染分裂与非分裂细胞、外源基因稳定整合、表达持久等优势,被广泛应用于基因过表达、基因敲低/敲除、细胞治疗及功能基因组学研究。

一、三质粒系统的组成与功能

第三代慢病毒三质粒系统通常由以下三部分构成:

1. 转移载体质粒(Transfer Vector)

  • 含目的基因(GOI)、启动子(如 CMV、EF1α、PGK、组织特异性启动子)
  • 包含 LTR、Ψ(包装信号)、RRE 等顺式作用元件
  • 可搭载荧光蛋白(GFP、mCherry)或筛选标记(Puro、Neo)

作用:决定最终病毒递送与表达的基因信息。

2. 包装质粒(Packaging Plasmid,如 psPAX2)

  • 提供 Gag / Pol / Rev 等病毒结构与复制相关蛋白
  • 不含包装信号 Ψ,无法被自身包装

作用:提供病毒颗粒组装和复制所需蛋白,但不参与基因转移。

3. 包膜质粒(Envelope Plasmid,如 pMD2.G)

  • 通常编码 VSV‑G 蛋白

作用:决定病毒的宿主范围与感染效率,使慢病毒具备广泛嗜性和较高稳定性。

二、三质粒系统的标准包装流程

1. 细胞准备

  • 常用包装细胞:HEK293T / HEK293FT
  • 细胞状态:

    • 生长旺盛、无污染
    • 转染当天融合度约 70–80%

2. 质粒比例与转染根据实验规模准备合适量的转移质粒、包装质粒、和包膜质粒。

以适当的比例混合这三种质粒。

转染方式:

  • PEI(科研中最常用、成本低)
  • Lipofectamine 2000 / 3000
  • 钙磷法(对操作要求较高)

关键点

  • 使用高纯度、低内毒素质粒
  • 转染体系保持一致性,避免批次差异

3. 病毒收集与处理

  • 首次收毒:转染后 48 h
  • 第二次收毒:72 h
  • 收集上清后 0.45 μm 过滤去除细胞碎片

如需高滴度:

  • PEG 沉淀
  • 超速离心
  • 商业浓缩试剂

三、操作中的关键影响因素

1. 病毒滴度相关因素

  • 转移载体插入片段大小(>5 kb 会显著降低滴度)
  • 启动子强度与毒性
  • 转染效率与细胞状态

2. 安全性控制

  • 三质粒系统将 复制与包装功能分离,降低复制型病毒(RCL)风险
  • 实验需在 BSL‑2 条件下操作
  • 病毒废液需规范灭活(含氯消毒或高压灭菌)

3. 病毒保存

  • 短期:4℃ ≤ 24 h(不推荐)
  • 长期:−80℃ 分装保存,避免反复冻融

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