慢病毒载体的构建
慢病毒构建技术原理
慢病毒构建技术原理
慢病毒载体可以将外源基因或shRNA有效整合到宿主染色体上，从而达到持久表达目的序列的效果。
慢病毒除了对肿瘤细胞、肝细胞、内皮细胞等具有很高的感染效率外，对于一些较难转染的细胞如神经元、干细胞等，也具有良好的感染效率，此外，使用慢病毒载体能大大增加目的基因或shRNA整合到宿主细胞基因组的几率，从而实现目的基因或shRNA在宿主细胞中持续、稳定的表达。
因此，在体外实验及体内实验的研究中，慢病毒己经成为表达外源基因或shRNA最常用的载体形式之一，正得到越来越广泛的应用，在诸如CAR-T细胞治疗领域已经进入到了临床的应用。
采用最新的慢病毒包装体系和生产工艺，确保病毒高滴度、高纯度和低毒性，同时，提供多种基因操作类型和筛选标记方案，满足各种细胞和动物实验需求。
慢病毒载体构建原理
慢病毒载体构建原理
慢病毒（lentivirus）是一类病毒，属于反转录病毒的一种。
慢病毒可以作为基因转移的工具，被广泛应用于基因治疗、基因编辑、干细胞研究等领域。
慢病毒载体构建是利用慢病毒作为基因传递的载体，将外源基因导入慢病毒基因组中，并通过慢病毒的复制和转录机制，将外源基因稳定地表达在宿主细胞中的过程。
慢病毒载体构建的原理主要包括以下几个步骤：
1. 选择适当的慢病毒载体，慢病毒载体通常由慢病毒的基因组和外源基因组成。
在构建慢病毒载体时，需要选择适当的慢病毒载体，通常选择已经经过改造的慢病毒载体作为基础，然后将需要表达的外源基因插入到载体中。
2. 插入外源基因，将需要表达的外源基因插入到慢病毒载体的适当位置。
通常采用限制性内切酶切割和连接酶连接的方法，将外源基因与慢病毒载体连接起来，形成重组的慢病毒载体。
3. 构建重组慢病毒载体，将插入了外源基因的慢病毒载体导入到适当的宿主细胞中，利用宿主细胞的复制和转录机制，使重组慢
病毒载体在宿主细胞中稳定复制和表达外源基因。
4. 验证慢病毒载体的稳定性和表达效果，对构建的重组慢病毒
载体进行验证，包括验证慢病毒载体在宿主细胞中的稳定性和外源
基因的表达效果。
通常采用PCR、Western blot等方法对慢病毒载
体进行验证。
总之，慢病毒载体构建是利用慢病毒作为基因传递的载体，将
外源基因导入慢病毒基因组中，并通过慢病毒的复制和转录机制，
使外源基因稳定地表达在宿主细胞中的过程。
这一技术在基因治疗、基因编辑、干细胞研究等领域具有重要的应用前景，对于疾病治疗
和生命科学研究具有重要意义。
慢病毒载体构建原理
慢病毒载体构建原理
慢病毒载体是一种常用于基因转染和基因治疗研究的工具，其构建原理主要包括载体选择、基因插入、包装和转染等几个关键步骤。
下面将分别对这些步骤进行详细介绍。
首先，载体选择是慢病毒构建的第一步。
常用的慢病毒载体包括pLenti、pSico、pRetro等，这些载体通常具有较高的转染效率和稳定性。
在选择载体时，需要考虑载体的大小、复制能力、转染效率以及转染细胞类型等因素，以确保最终构建的慢病毒载体能够满足实验需求。
其次，基因插入是慢病毒构建的关键步骤之一。
一般来说，可以利用限制性内切酶切割载体，然后将待插入的基因片段与载体连接，形成重组载体。
在进行基因插入时，需要注意选择合适的限制性内切酶，控制酶切的时间和温度，以确保基因能够正确插入到载体中。
接下来是包装步骤。
包装是指将重组载体导入到包装细胞中，通过包装细胞的辅助，使其产生慢病毒颗粒。
常用的包装细胞包括293T细胞、HEK293细胞等。
在包装过程中，需要利用辅助载体，如
pMD2.G和psPAX2等，通过三质体共转染的方式，使包装细胞产生
慢病毒颗粒。
最后是转染步骤。
转染是将包装好的慢病毒颗粒导入到目标细
胞中，实现基因的转染。
在进行转染时，需要根据目标细胞的特性
选择合适的转染方法，如离体转染、体内转染等，以确保慢病毒能
够有效地转染目标细胞，并表达目标基因。
总的来说，慢病毒载体构建的原理涉及到载体选择、基因插入、包装和转染等关键步骤。
通过合理的实验设计和操作，可以构建出
稳定、高效的慢病毒载体，为基因转染和基因治疗研究提供有力的
工具支持。
慢病毒载体的构建
慢
慢病毒载体是一种常用的基因转移工具，其安全性评估主要 包括对病毒的毒力、致病性和传播性的评估。在构建慢病毒 载体时，应确保所选用的慢病毒毒株无致病性，且不具有传 播性。
慢病毒载体的生物安全性
在构建慢病毒载体时，应确保载体无外源污染，如细菌、真 菌、支原体等污染。同时，应进行逆转录酶活性检测，以确 保载体无逆转录酶活性，从而避免潜在的基因重组和插入突 变风险。
慢病毒载体的构建流程
01
02
03
04
目的基因的克隆
将目的基因克隆到慢病毒载体 中，常用的克隆方法包括限制
性酶切、连接和转化等。
慢病毒载体的包装
将目的基因与包装信号共同转 染包装细胞，包装细胞能够产 生具有感染力的慢病毒颗粒。
慢病毒的纯化
通过离心、过滤等方法将慢病 毒颗粒从包装细胞中分离出来
，并进行纯化。
生物学功能分析
对目的基因进行生物学功能分析， 如报告基因实验、细胞活性实验、 动物模型实验等，以评估慢病毒 载体对目的基因功能的改善效果。
安全性评估
对慢病毒载体进行安全性评估， 包括对宿主细胞的毒性、免疫反 应、致瘤性等方面进行检测，以 确保慢病毒载体的应用安全可靠。
05
慢病毒载体的安全性与伦理问题
慢病毒的滴度测定
测定纯化后慢病毒的滴度，即 每毫升或每毫克病毒颗粒的数
量。
02
慢病毒载体的设计
包装元件的选择
01
02
03
包装元件
选择合适的包装元件是构 建慢病毒载体的关键步骤， 包括病毒的复制酶、转录 酶和整合酶等。
安全性
确保所选的包装元件无致 病性，不会对宿主细胞造 成不良影响。
兼容性
确保所选的包装元件与载 体的其他元件兼容，能够 实现有效转导和表达。
慢病毒载体的构建
三 .滴度测定：稀释计数法 滴度单位：TU/ml，指每毫升中含有的具有生物活性的病毒颗粒 数。”TU”为”transducing units”的缩写，中文为“转导单位”，表 示可以感染并进入到靶细胞中的病毒基因组数。 第一天 细胞准备 将生长状态良好的293T细胞消化计数后稀释至1×105/ml，加入96孔 板，100µl/孔，为每个病毒准备10个孔。放入37℃，5%CO2培养箱 中培养。 第二天 加病毒 在EP管中做10倍梯度稀释，连续10个稀释度。稀释方法如下：每种 病毒准备10个1.5ml EP管，每管加入90µl培养液，往第一个管中加入 10µl病毒原液，混匀后，吸取10µl加入第二个管混匀。依此类推，做 十个稀释度（10~10-8）。 吸取96孔板中原有的培养基，加入含稀释好的病毒液。并做好标记。 第三天 追加培养液 在每个孔再加入100µl完全培养液，利于细胞的生长。 第五天 观察结果并计算滴度 在荧光显微镜下观察结果，并数出最后两个有荧光的荧光细胞克隆数。 假设为X和Y，则滴度（TU/ml）=（X+Y×10）×1000/2/X孔的病毒 液的含量（µl ）。
293FT细胞的培养基及其添加成分（Non-Essential Amino Acids，L-Glutamine，pyeuvate solution and G418）
制备感受态用的试剂
我们用的慢病毒载体的2个包装载体
我们用的慢病毒载体表达系统的转移载体
一、空载质粒的验证
包装载体及表达载体质粒的验证
Lip2000转染293FT细胞的效率
图8 Des2-1、psPAX2、pMD2G用 Lip2000共转293FT细胞， 48h后检测GFP的表达情况，如图所示 （ 4× ）
五、慢病毒载体的验证
慢病毒载体的构建及其在基因治疗方面的应用
慢病毒载体的构建及其在基因治疗方面的应用摘要：慢病毒属于逆转录病毒科，为RNA病毒。
经改造的慢病毒作为外源基因载体，具有其独特的特点和优势。
基因治疗成功的关键是选择合适的载体系统，慢病毒载体作为一种特殊的逆转录病毒载体，具有可感染分裂细胞及非分裂细胞、转移基因片段容量较大、目的基因表达时间长、不易诱发宿主免疫反应等优点，已成为当前基因治疗载体研究的热点。
近年来对其基础生物学特性、载体改造及其应用等研究均取得了较大进展，笔者对慢病毒载体的构建以及其在人类疾病基因治疗方面的应用做简单的介绍。
关键词：慢病毒载体；载体构建；基因治疗基因治疗是向靶细胞或组织中引入外源基因DNA或RNA片段，以纠正或补偿基因的缺陷，关闭或抑制异常表达的基因，从而达到治疗的目的。
其关键问题之一是如何将目的基因导入靶细胞，得到稳定、高效表达。
理想的基因载体应具备：靶向特异性；高度稳定、易制备、可浓缩和纯化；无毒性；有利于基因高效转移和长期表达；容量大，易人工合成，缺乏自动复制载体自身的能力［１］。
由于病毒基因组结构简单、分子背景比较清楚、易于改造和操作、感染效率高、有较高靶细胞特异性，这些都是其他载体系统无法比拟的，而慢病毒载体由于其对分裂细胞和非分裂细胞均具有感染能力且转染效率高、靶向性好和持久性表达等特点，病毒载体系统就显得格外引人注目。
1 慢病毒及其载体的简介慢病毒属于逆转录病毒科，为RNA病毒。
慢病毒除了具有一般逆转录病毒gag、pol和env3个基本结构基因外，还包含4个辅助基因vif、vpr、nef、vpu 和2个调节基因tat和rev［２］。
慢病毒载体（Lentiviral vector，LV）作为外源基因载体，其产生均包括一个遗传割裂基因表达的设计。
病毒元件要符合以下条件：①慢病毒组装辅助蛋白至少含有gag-pol基因；②慢病毒转基因载体RNA 包括转基因表达盒；③异质糖蛋白。
目前使用不同种属来源的慢病毒载体，包括来源于人类（HIV-1和HIV-2）以及猿猴（SIV）、猫（FIV）等其它物种［３］。
慢病毒载体构建原理
慢病毒载体构建原理
慢病毒载体的包装系统一般由两部分组成，即包装成分和载体成分。
包装成分由HIV-1基因组去除了包装、逆转录和整合所需的顺式作用序列而构建，能够反式提供产生病毒颗粒所必需的蛋白；载体成分则与包装成分互补，即含有包装、逆转录和整合所需的顺式作用序列，同时具有异源启动子控制下的多克隆位点及在此位点插入的目的基因。
将包装成分与载体成分的多个质粒共转染包装细胞，即可在细胞上清中收获携带目的基因的复制缺陷型慢病毒载体颗粒。
慢病毒表达载体包含了包装、转染、稳定整合所需要的遗传信息。
慢病毒包装质粒可提供所有的转录并包装RNA 到重组的假病毒载体所需要的所有辅助蛋白。
为产生高滴度的病毒颗粒，需要利用表达载体和包装质粒同时共转染细胞，在细胞中进行病毒的包装，包装好的假病毒颗粒分泌到细胞外的培养基中，离心取得上清液后，可以直接用于宿主细胞的感染，目的基因进入到宿主细胞之后，经过反转录，整合到基因组，从而高水平的表达效应分子。
对于一些较难转染的细胞，如原代细胞、干细胞、不分化的细胞等,能大大提高目的基因转导效率，而且目的基因整合到宿主细胞基因组的几率大大增加，这就为RNAi，cDNA 克隆以及报告基因的研究提供了一个有利的途径。
有时病毒感染细胞效率较低，可使用病毒感染增强剂Envirus来提高病毒的感染效率。
慢病毒载体构建 Protocol
慢病毒载体构建是一种用于基因治疗和基因转导的重要工具，其用于将外源基因或shRNA等插入到慢病毒载体中，从而实现对特定基因的表达调控。
下面是慢病毒载体构建所需试剂和耗材、实验仪器、准备工作、实验方法、注意事项、常见问题及解决方法。
一、所需试剂和耗材1.慢病毒载体：用于包装目的基因的包装细胞系，如HepG2.2.15等。
2.目的基因或shRNA：需要插入慢病毒载体的DNA或RNA片段。
3.质粒DNA：用于构建慢病毒载体，包括表达盒质粒和包装质粒等。
4.DNA聚合酶：用于DNA扩增和连接。
5.限制性内切酶：用于DNA切割。
6.DNA连接酶：用于DNA连接。
7.缓冲液：维持反应液的pH值和其他辅助因子的浓度。
8.dNTPs（脱氧核糖核苷三磷酸）：DNA合成的原材料，包括dATP、dTTP、dCTP、dGTP。
9.细胞培养基：用于细胞培养。
10.胎牛血清：提供细胞生长所需的营养物质。
11.抗生素：用于防止细胞污染。
12.其他细胞生物学试剂：如胰蛋白酶、无血清培养基等。
二、实验仪器1.实验室搅拌器：用于混合和振荡反应液。
2.离心机：用于离心管和细胞培养瓶等。
3.水浴锅：用于保温反应液。
4.移液器：用于精确添加试剂和溶液。
5.细胞培养箱：用于细胞培养。
6.倒置显微镜：观察细胞生长状态和感染情况。
7.紫外线分光光度计：用于测量DNA浓度。
8.电泳仪和电泳槽：用于分析DNA样品。
9.定量PCR仪：用于定量分析目的基因的转导效率。
三、准备工作1.了解慢病毒载体构建的基本原理和步骤。
2.设计并合成目的基因或shRNA序列，并确认其正确性。
3.准备所有所需的试剂和耗材，并确保它们处于保质期内。
4.检查实验室内是否具备上述实验仪器，并确保其正常运行。
5.准备好实验服、口罩、手套等个人防护用品。
6.用70%乙醇擦拭实验台面，以确保无菌环境。
7.用高压蒸汽灭菌法灭菌所有的实验器具，包括离心管、移液器等。
8.设置细胞培养箱的温度和湿度等参数。
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重组慢病毒的产生：瞬时转染法，即将包装结构和载体结构瞬时共转染法如
293T 高表达细胞系而产生重组慢病毒。此法非常成功，大多实验室采用此法。包膜 质粒、包装质粒与载体质粒共转(多用磷酸钙共沉淀法)染293T细胞直接产生生产细胞。 最后重组慢病毒分泌到培养基中进行培养而得到大量载体慢病毒。 例如用以下三质粒来包装产生重组慢病毒：
The Development of LV Vectors The 3rd Generation
Self-inactivating (SIN) vectors Further improvement in biosafety Tat was deleted Rev was put into a separate plasmid U3 of the 5’ LTR was replaced by the CMV IE promoter/enhancer The possibility of generating RCL is further reduced
Mitrophanous K, Gene Ther 5(11):1481–1487(1999)
Lentiviral Vector Systems Under Development
• Primate – Human immunodeficiency virus (HIV) – Simian immunodeficiency virus (SIV)
七 The Development of LV Vectors The 1st Generation
CMV (cytomegalovirus) immediate-early enhancer/promoter VSV-G (Vesicular stomatitis virus glycoprotein envelope) A cellular polyA was used to replace the 3’ LTR vpu from HIV was deleted
Fig.1 慢病毒载体的顺式作用元件
四 载体系统的设计
• 慢病毒载体系统由三种不同的组成部分：包装结构、转移载体成分和包膜 蛋白成分（Env表达结构）。 • 包装部分由去除了包装、逆转录和整合所需的顺式作用元件的HIV-1基因 组而构建,能反式提供产生病毒颗粒所需的蛋白; • 载体部分与包装成分互补,仅含有包装、逆转录和整合所需的HIV-1顺式作 用元件,同时具有异源启动子控制下的MCS及在此位点插入的目的基因。 • 三种表达结构均以细菌质粒的形式保存，能转染到哺乳动物细胞内产生复 制缺陷性病毒原种。为降低包装成分和载体成分同源重组产生有复制能力 的慢病毒(RCL) 的可能性, 将包装成分的5ˊLTR 换成巨细胞病毒(CMV ) 立即早期启动子, 3′LTR 换成猿猴空泡病毒40（SV 40）polyA 位点等，而 将包装成分分别构建在两个质粒上, 即一个表达gag 和po l、另一个表达env。 以HIV-1为基础的慢病毒载体而言，病毒颗粒的核心和酶成分来自于HIV-1, 而包膜蛋白来自于异源性病毒, 大多是水泡性口炎病毒(VSV-G)－－－ •
一 HIV-1 life cycle
二 HIV-1基因结构
• • • • • • • •
gag, -----群抗原基因，编码核心蛋白p24 pol -----多聚酶基因，编码多聚酶； env-----包膜蛋白基因，编码包膜蛋白gp120 及gp41； tat ----- 基因反式激活因子对HIV-1基因其正调控作用 rev,----- 病毒蛋白表达调节因子，能增加gag和env基因对结构蛋白的表达 vif,----- 病毒感染因子, 其作用是在一些细胞因子的协下促进HIV-1在细胞内复 Vpr,----- R蛋白能使HIV在巨噬细胞中增殖 vpu,----- U蛋白，能促进HIV从细胞膜上释放 nef,----负因子，具有抑制HIV-1增殖作用
2
Pool 2
2
Store at 4°C
SW55
SW28
Pool 1
Concentration by ultracentrifugation
Pool 1 & Pool 2
3
Pool 3 Aliquots
六 The difference of Packaging Cells for LVV with other retroviruses
八 Advantages and Disadvantages of Lentiviral vectors
1.Potential for long term therapeutic expression: incorporates into the genome of target cells 2.High efficiency gene transduction 3.Transduce several nondividing cells 4.Broad application in vivo / ex vivo 1.Potential for insertional mutagenesis 2.Unable to transduce all nondividing cells (e.g. Hepatocytes) 3.Safety issues 1).HIV-based vectors must overcome a great social barrier 2).Limited knowledge of other lentivirus poses a risk for recombination
慢病毒载体的构建
－－Gateway to lentiviral vector
------献给勇敢的斗士
January 2007
Introduction
慢病毒（Lentiviruses）属于逆转录病毒科。慢病毒核蛋 白质前整合复合物具有噬核特性，病毒基因组运输至细胞核， 从而使慢病毒可以感染和在非有丝分裂细胞中复制。这一特性 使慢病毒成为基因治疗的转移载体。 HIV （Human immunodeficiency virus） 、EIAV （Equine infectious anemia virus） 、 FIV （Feline immunodeficiency virus） 、 SIV （Simian immunodeficiency virus） 。其中研究最多最为透彻 的是HIV。
D0
293T producer cells
Tri-transfection
D1
In the evening
Medium D2 & D3 exchange
Supernatant harvests
Aliquots
Aliquots
Filtration 0.45µ m
1
D3 supernatants
1
D2 supernatants SW28
PACKAGING CONSTRUCT
VECTOR CONSTRUCT
ENVELOPE CONSTRUCT
1. HIV-1-Derived lentiviral vector production & titration
Tri-Transfection (CaPO4) Pseudoparticles Recovery (filtration 0.45µm)
Vector Titer Determination
Transduced Cells
Virions
FACS (TU/ml)
qPCR SybRGreen (proviral DNA/cell)
p24 ELISA (ng p24/ml)
IP
PP
2.HIV-1 Vector Production Supernatant recoveries & concentration
二 HIV-1病毒颗粒结构
三 载体系统构建的基本原理
• HIV-1基因组中如包装信号、长末端重复序列的顺式作用元件与编码 反式作用蛋白的序列进行分离。即从病毒基因组中将反式gag, pol, and env基因(其他辅助基因省去)从病毒中分离出而用我们感兴趣的外源性 目的基因代替，剩下的顺式作用元件在病毒复制周期中------逆转录、 整合、转录和包被--------可以被其它病毒或细胞蛋白识别。
Lentiviruses life cycle
慢病毒通过病毒衣壳糖蛋白与细胞膜上的特异受体结合而 进入易感靶细胞。一旦与细胞膜上的特异受体结合，慢病 毒膜和细胞膜融合后病毒核心释放入细胞浆里。病毒RNA 逆转录合成双链线性DNA而转运之细胞核。线性病毒 DNA永久性的整合入染色体DNA（宿主基因组）中，形 成前病毒，成为永久的遗传成分，在细胞周期中与靶细胞 基因一样进行复制，转给子代细胞。前病毒DNA转录成 RNA后再转运至胞浆，在胞浆里RNA翻译成病毒蛋白。病 毒前结构蛋白和复制酶与病毒RNA组装成新的病毒核心， 从包装细胞获得病毒包膜蛋白后以出芽的方式从细胞膜上 释放出。病毒前结构蛋白经进一步处理而最终形成成熟的 具有感染性的子代病毒颗粒。这些特性是慢病毒成为基因 治疗转运工具的重要原因 。
• Non-primate – Feline immunodeficiency virus (FIV) – Equine infectious anemia virus (EIAV)
The outline of this ppt
接下来将以 HIV为例从以下方面说明慢病毒载体构建方面 的基础知识：
一. HIV-1 life cycle 二. HIV-1基因结构和病毒颗粒结构 三.载体系统构建的基本原理 四.载体系统的设计 五.包装系统的设计 ----- HIV-1-Derived lentiviral vector production , concentration & titration 1. HIV-1-Derived lentiviral vector production & titration 2.HIV-1 Vector Production----Supernatant recoveries & concentrat 六.The difference of Packaging Cells for LVV with other retroviruses 七.The Development of LV Vectors 八.Advantages and Disadvantages of Lentiviral vectors 九.The comparison of Lentiviral vectors with other vectors