Messung des GFP-Signals von ACE2-produzierenden Expi293F-Zellen, die mit GFP-positiven SARS-CoV-2-VLPs inkubiert wurden

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Virus-like-particle basierte Technologien

Bakterielle und virale Krankheitserreger

HZI Campus

Virusähnliche Partikel (VLP) sind leere Virushüllen, die kein virales genetisches Material enthalten und somit nicht infektiös sind. Sie können durch die Koexpression der strukturellen Proteine des jeweiligen Virus in geeigneten Expressionssystemen wie z. B. Insektenzellen produziert werden. Wir möchten diese rekombinanten VLP als Impfstoff und in der Diagnostik einsetzen. Weiterhin werden wir modifizierte VLP für die Erforschung von Infektionsmechanismen und Medikamentenentwicklung generieren sowie innovative VLP-Technologien für den gerichteten Transport von Wirkstoffen in Zellen entwickeln.

Leitung

Dr. Maren Schubert

Forschungsgruppenleiterin

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Unsere Forschung

Abbildung — A) GFP-positive SARS-CoV-2-VLP (grün) binden an ACE2-produzierende Expi293F-Zellen. B) Messung des GFP-Signals von ACE2-produzierenden Expi293F-Zellen, die mit GFP-positiven SARS-CoV-2-VLP inkubiert wurden nach Zugabe von Antikörpern bzw. Inhibitoren. Ein nicht-bindender Antikörper (rot) hat keinen Einfluss auf das GFP-Signal, da er die Bindung der VLP an die Zellen nicht verhindert. Dagegen sinkt der gemessene GFP-Median konzentrationsabhängig nach Zugabe von löslichem ACE2 (gelb) oder eines neutralisierenden Antikörpers (STE90-C11, grün).

Unsere technologieorientierte Forschung basiert auf der Anwendung von rekombinanten virusähnlichen Partikeln (VLP), die durch die Koexpression der strukturellen Proteine des jeweiligen Virus generiert werden können. Die VLP können somit Hüllen echter Viren sehr authentisch imitieren, sind aber selbst nicht Infektiös, was Forschung und Verwendung außerhalb von Laboren mit höheren Sicherheitsstufen ermöglicht.

Solche authentischen VLP können direkt als Impfstoff verwendet werden, ein Beispiel ist der bereits zugelassene Impfstoff Cervix gegen humane Papillomaviren. Wir möchten weitere VLP als potenzielle Impfstoffkandidaten gegen Infektionskrankheiten erforschen und entwickeln. Gleichzeitig dienen solche authentischen VLP in der Diagnostik als Werkzeug, um die Immunantwort z. B. als Reaktion auf eine Impfung oder auch die Verbreitung von Infektionskrankheiten zu evaluieren, was besonders unter dem Aspekt des Klimawandels im Sinne des One Health-Ansatzes relevant ist.

Zusätzlich sind modifizierte VLP wichtige Werkzeuge für die Grundlagenforschung. Modifizierungen im Inneren des VLP, beispielsweise das Einbringen eines Fluoreszenzproteins, das die authentische VLP-Oberfläche nicht verändert, ermöglichen z. B. Untersuchungen von Infektionsmechanismen.

Aber auch für die Wirkstoffentwicklung können diese VLP eingesetzt werden, da die Inhibition von Bindung und die Fusion von VLP und Zelle durch einen Wirkstoff im Hochdurchsatzverfahren gemessen und quantifiziert werden kann (Abbildung 1). Wirkstoffe wie z. B. neutralisierende Antikörper können somit schnell, effektiv und in Laboren mit geringerem Sicherheitslevel analysiert werden, was ein wichtiger Schritt hinsichtlich pandemischer Resilienz ist.

Schematische Versuchsübersicht. — Plasmid-basiertes Expressionssystem in High Five-Insektenzellen. Nach Zugabe der Expressionsplasmide und Polyethylenimin können nach ca. 96 h die VLP geerntet werden.

Darüber hinaus forschen wir an rekombinanten VLP, die über Modifizierungen gerichtet und besonders effizient Wirkstoffe in Zielzellen einbringen, was bisher immer noch eine große Herausforderung für verschiedene Therapieansätze ist. Hier möchten wir auch Lösungsansätze für latente Virusinfektionen erarbeiten.

Zur Herstellung der VLP nutzen wir hauptsächlich Plasmid-basierte Expression in Insektenzellen (Abbildung 2), ein sehr effizientes System für die Expression von VLP (Lampinen et al. 2024). Im Vergleich zu den sonst häufig für Insektenzellen genutzten baculoviralen Systemen bleibt die Vitalität der Zellen über den Produktionsprozess hoch und es werden keine baculoviralen Partikel und Proteine parallel zu den rekombinanten VLP produziert. Dies steigert die VLP-Qualität. Zusätzlich ist das System sehr flexibel und erlaubt die einfache Anpassung einzelner Proteine bzw. Produktionsraten über den Austausch der jeweiligen Plasmide bzw. Verhältnisse.