Covid-19 virus

Komplicerad process bakom virusodling och vaccintillverkning. 

Varför vill man odla virus?

Det finns virus som är ofarliga för människan och istället kan användas för att bota komplicerade sjukdomar med genterapi, en modern teknik på uppgång och allra högsta grad aktuell idag. Samma typ av odlingsprocess används för att framställa vaccin mot Covid-19. En av AFRYs ingenjörer, Viktor Björklund, är expert på att optimera virusproduktionen. Han förklarar de olika stegen och utmaningarna i bioprocessen.

 

Optimering av genterapeutisk bioprocess

Viktor Björklund är civilingenjör i molekylär bioteknik och jobbar just nu med att optimera en bioprocess som producerar Adeno-associerade virus (AAV). Processen är inte unik för just AAV, utan används bland annat av Astrazeneca som tillverkar adeno-virus till sitt Covid 19-vaccin. Processen resulterar i en genterapeutisk produkt som består av virala vektorer. Syftet med att använda virala vektorer i genterapi är att utnyttja virusets naturliga förmåga att ta sig in i en cell och placera sin egen arvsmassa (gen) i patientens genom. Cellen börjar då producera det som genen kodar för, oftast ett protein, som patientens celler av någon anledning inte kan göra själv.

Den komplicerade tillverkningen av virus kan delas upp i två huvuddelar: Odling det vill säga tillverkningen som oftast kallas Upstream, samt rening av viruset, Downstream.

Optimera odlingen (Upstream)

För att få fram sitt virus används en värdcell, i det här fallet en human njurcell vars kloner man använt inom biotekniken i många år. Odlingen sker i en stor behållare som förutom värdcellerna även innehåller näringsämnen som gör att cellerna trivs och kan förökas. Till odlingen sätts specialdesignade DNA-sekvenser som värdcellen plockar upp och använder som mall för att tillverka viruset. Det fungerar i princip likadant som när man får en virusinfektion i kroppen. Viruset tar sig in i cellen och ser till att virusets DNA läses av så att fler virus kan skapas. Optimeringen innebär att skapa en miljö där värdcellerna kan tillverka så mycket funktionellt virus som möjligt.

Virus

 Utmaningar - miljö och funktion

En av svårigheterna vid bioprocessodling är att skapa en gynnsam miljö för värdcellerna. Det gäller att välja vilka och hur mycket kemikalier och näringsämnen som ska tillsättas i odlingsmediet för att nå optimal produktion.

En annan utmaning är att alla producerade virus inte är funktionella.
Ett fungerade virus består av ett hölje, även kallad kapsid. Innanför höljet finns virusets DNA packat på ett specifikt sätt och det är detta DNA som viruset kommer att transportera till rätt cell i människokroppen när genterapin genomförs. Om DNA:t saknas i kapsiden tappar viruset sin funktion. I en odling är den största delen av producerade virus tomma, det vill säga de består av en kapsid utan DNA. Att få så många fulla och så få tomma kapsider som möjligt är den svåraste och viktigaste delen av optimeringen.

Reningen (Downstream)

Efter att odlingen genomförts har man en blandning av virus, värdceller, odlingsmedia och andra restprodukter. Målet är att rena bort allt utom virus. Nedströmsprocessen startar med en filtrering som renar bort det grövsta föroreningarna. Efteråt följer kromatografi som en av de vanligaste reningsprocesserna.

Kromatografi

I kromatografireningen utnyttjar man en särskild kemisk egenskap hos viruset, exempelvis laddning eller virusets förmåga att binda till en särskild molekyl. I det här exemplet med AAV-virus används en kolonn (ett avlångt rör) som har en speciell molekyl fastsatt i en särskild typ av gel. När den orenade substansen med virus får flöda genom kolonnen skapar viruset en bindning till gelen, vilket inga andra substanser gör. Föroreningarna rinner således ut ur kolonnen. Därefter trycker man ut viruset från kolonnen genom att tillsätta en ny lösning som påverkar virusets bindning negativt, vilket i sin tur gör att viruset rinner ur kolonnen. Det gäller att hitta optimala betingelser för att binda upp och trycka ut viruset utan att skada det.

Efter en lyckad första kromatografi finns det i stort sett bara virus och inga orenheter kvar. Detta steg separerar dock inte de olika sorterna av virus. Både den dugliga varianten som är packad med DNA och den dysfunktionella varianten som bara består av en tom kapsid finns kvar i blandningen. Därför görs ytterligare ett kromatografisteg med syfte att separera dessa två varianter från varandra. Det är en stor utmaning i och med att de rent kemiskt sett är mycket lika varandra. Separationen blir därför känslig för små variationer och det är utmanande att finna de parametrar som ger den bästa separationen.

Resultatet det vill säga Produkten

Under hela processen måste man säkerställa att tillräckligt mycket virus tillverkats och att det inte försvunnit eller skadats. Detta görs med olika typer av analysmetoder. Dels vill man mäta hur många viruskapsider som tillverkats och dels vill man mäta hur många av dessa som faktiskt innehåller DNA.

Kapsidmängden mäts exempelvis med hjälp av ELISA. I metoden binder viruset, och inget annat, till andra molekyler. En av dessa molekyler kommer ge fluorescens då viruset finns närvarande och denna fluorescens kan mätas med en ljusdetektor.

DNA mäts i första hand med PCR. I en PCR amplifieras en viss sekvens av DNA, i detta fall en del av virusets DNA. DNA:t mångdubblas och kan tack vare en ljusgivande molekyl ge en signal som mäts och kvantifieras. PCR används som känt även för Covid-testning och där amplifieras istället en sekvens av DNA som bara finns i Covid-viruset.

Medicine and syringe in a lab environment
Child picking flowers wearing face mask

Regelverk är till för patientens säkerhet

Förutom att mäta halten av virus behöver man säkerställa att alla föroreningar, det vill säga rester från värdcellerna och odlingsmediet, har försvunnit. Det finns regelverk kring hur mycket föroreningar det får vara i slutprodukten. Syftet med regelverken är såklart att skydda patienter från skador och problem som föroreningarna kan orsaka, samt att säkerställa att produkten ger den önskade effekten i den specifika behandlingen och att doserna är korrekta. Om något avviker kan det leda till problem under behandlingen, exempelvis genom att viruset kan tappa effekt eller orsaka biverkningar.

Läs mer om AFRYs regelverks kompetens

Genterapi

I slutändan kommer viruset att injiceras i kroppen i genterapeutiska syften. Med hjälp av virusets DNA kan man alterera människans genom, exempelvis genom att slå på eller stänga av gener som inte fungerar normalt och på så vis orsakar sjukdom.

Viruskapsiden fungerar som transportmedel och kan binda till de sorts celler som man vill påverka. Virusets hölje designas för att kunna söka upp en specifik celltyp. Det pågår hundratals kliniska prövningar där virus har designats och anpassats för en viss specifik behandling.

Det finns andra sorts virus som tillverkas och används i liknande syften. Ett av de mest aktuella är det adenovirus som Astrazeneca använder till sitt Covid 19-vaccin. Detta virus innehåller DNA som kodar för det spike-protein som finns på Covid 19-viruset. Adenoviruset plockas upp av cellen som börjar tillverka spike-proteinet, vilket i sin tur triggar immunförsvaret att skapa antikropppar och T-celler mot proteinet.

DNA network

Ordlista

Adeno-associerade virus Arrow pointing right

Ett litet virus som kan användas som viral vektor. Viruset är helt ofarligt och används enbart för att bära på DNA:t som tas upp av cellen.

Bioprocess Arrow pointing right

Tillverkning av en produkt med hjälp av levande celler.

Genterapeutisk produkt Arrow pointing right

Används för att behandla sjukdomar där patienten har en defekt gen. Produkten hjälper till med att ersätta genen eller påverka cellen så att den blir funktionell igen.

Kapsid Arrow pointing right

Ett hölje bestående av proteiner, ungefär som virusets skal.

Kromatografi Arrow pointing right

En teknik för att separera olika molekyler från varandra med hjälp av deras olika kemiska och fysiska egenskaper.

Spikeprotein Arrow pointing right

Ett protein som finns på utsidan av vissa virus. Spikeproteinet har blivit viktiga inom kampen mot Corona då det är koden för dessa proteiner som injiceras i kroppen vid en vaccination.

Virala vektorer Arrow pointing right

Ett virus som används för genterapi för att leverera DNA till patientens defekta celler.

Bioteknikern som optimerar virusodling

Viktor har kompletterat sin civilingenjörsexamen inom molekylär bioteknik med arbete inom analys av virala vektorer, mikrobiologi och supplier risk management. Det som driver honom är nyfikenhet att lösa problem och leverera noggrant genomförda resultat. Att hålla hög riskmedvetenhet och kvalitetstänk är en förutsättning för att ta uppdrag inom kvalitetssäkring och kvalitetskontroll inom Life Science.

Just nu är han i uppdrag hos en kund för att optimera en process som ska resultera i en genterapeutisk produkt. Tekniken liknar bland annat den som används för att ta fram vissa vaccin mot virus som till exempel Covid-19.

Viktor Björklund Civilingenjör molekylär bioteknik bioteknisk expert
Viktor Björklund, Civilingenjör Molekylär bioteknik

Vill du veta mer eller behöver du en biotekniker, kontakta:

Jacob Rydholm - Business Unit Manager, Specialized Operational Excellence

Jacob Rydholm

Business Unit Manager, Specialized Operational Excellence

Kontakta Jacob Rydholm

För säljrelaterade förfrågningar, fyll i detta formulär. För övriga frågor, besök våra kontors- och kontaktsidor.