Beacon®單細(xì)胞光導(dǎo)平臺(tái)在尼帕病毒防治中的應(yīng)用

前言 / QIAN YAN

近日，印度西孟加拉邦報(bào)告的尼帕病毒疫情引發(fā)全球公共衛(wèi)生領(lǐng)域的高度關(guān)注。該病毒兼具 “接近100%高致死率 + 人傳人能力 + 呼吸道傳播潛力 + 無(wú)特效藥” 的四重致命威脅，已被世界衛(wèi)生組織（WHO）列為研發(fā)優(yōu)先級(jí)最高的病原體之一。面對(duì)這一可能引發(fā)下一次全球大流行的高風(fēng)險(xiǎn)病毒，加速疫苗、治療性抗體及診斷工具的研發(fā)刻不容緩。布魯克旗下的Beacon® 單細(xì)胞光導(dǎo)平臺(tái)憑借其在抗體篩選與疫苗評(píng)估中的核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為尼帕病毒相關(guān)研發(fā)工作提供了高效解決方案。

應(yīng)對(duì)新發(fā)及再發(fā)病原微生物的挑戰(zhàn)，Beacon® 平臺(tái)通過(guò)多維度技術(shù)路徑，為研究者提供從抗體發(fā)現(xiàn)到疫苗優(yōu)化的全流程支持，其核心應(yīng)用場(chǎng)景包括以下三大方向：

1、從康復(fù)者或疫苗免疫供者的外周血中挖掘高價(jià)值抗體
康復(fù)者與疫苗接種者的體內(nèi)已形成經(jīng)過(guò)免疫系統(tǒng)親和力成熟的天然抗體庫(kù)，這些抗體具備天然高親和力、低免疫原性的優(yōu)勢(shì)，可直接用于臨床開(kāi)發(fā)。

在SARS-CoV-2疫情期間，范德堡疫苗中心 (VVC) 快速引入Beacon® 單細(xì)胞光導(dǎo)平臺(tái)，創(chuàng)下了56天完成從單B細(xì)胞篩選到動(dòng)物體內(nèi)效果驗(yàn)證的高效研發(fā)紀(jì)錄。其核心流程為：從患者外周血中分離PBMC (外周血單個(gè)核細(xì)胞)，富集B細(xì)胞并進(jìn)行體外激活后，通過(guò)Beacon® 平臺(tái)完成精準(zhǔn)篩選 (圖 1)。

圖1. 范德堡大學(xué)疫苗中心 (VVC) 基于Beacon®平臺(tái)的抗體篩選流程。

相較于傳統(tǒng)單B細(xì)胞篩選技術(shù)，Beacon® 的Optoselect® 芯片具備獨(dú)特的集成化篩選能力 —— 不僅可檢測(cè)抗體的結(jié)合特異性與結(jié)合表位，還能直接開(kāi)展中和功能篩選。在同一張芯片上經(jīng)多輪分析，即可高效篩選出能結(jié)合SARS-CoV-2刺突蛋白并阻斷其與人類(lèi)ACE2受體結(jié)合的先導(dǎo)抗體分子 (圖 2)，大幅縮短了抗體篩選周期。

圖2. 在Beacon®上直接篩選具有hACE2中和作用的功能性抗體

另一項(xiàng)研究中，拉霍亞免疫研究所 (La Jolla Institute for Immunology）從接種MMR疫苗的健康捐贈(zèng)者體內(nèi)，通過(guò)Beacon® 平臺(tái)分離到100余株全人源麻疹中和單抗，并解析了17株代表性抗體的高分辨結(jié)構(gòu)，鎖定9大保守表位。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，單次低劑量 (1mg/kg) 預(yù)防性給予其中4株抗體，即可使棉鼠 (Sigmodon hispidus) 肺內(nèi)病毒載量降低50-200倍，最優(yōu)抗體4F09更能將病毒載量降至檢測(cè)線以下，展現(xiàn)了該平臺(tái)篩選功能性抗體的強(qiáng)大實(shí)力 (圖 3)。

圖3. 麻疹病毒H/F抗原特異性B細(xì)胞富集和Beacon篩選工作流程。

2、從免疫動(dòng)物中高效獲取目標(biāo)抗體
考慮到康復(fù)者和疫苗接種者生物材料的稀缺性及安全風(fēng)險(xiǎn)，利用免疫動(dòng)物構(gòu)建可控的B細(xì)胞庫(kù)，成為抗體發(fā)現(xiàn)的重要補(bǔ)充路徑。Beacon® 平臺(tái)與免疫動(dòng)物模型的結(jié)合，已在多項(xiàng)研究中取得突破性成果。

廣州實(shí)驗(yàn)室、廣州醫(yī)科大學(xué)及南開(kāi)大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，借助和鉑醫(yī)藥Harbour H2L2全人源轉(zhuǎn)基因小鼠與Beacon®單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)，成功篩選出多個(gè)具有顯著呼吸道合胞病毒 (RSV) 中和活性的抗體。其中，抗體PR306007表現(xiàn)出卓越的廣譜中和能力，對(duì)RSV-A和B亞型均能有效抑制，且在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出強(qiáng)大的抗RSV感染活性，對(duì)上下呼吸道感染均能提供良好防護(hù)，為呼吸道病毒抗體研發(fā)提供了高效范例 (圖 4)。

圖4. 中和抗體發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程示意圖 (A) 及篩選得到的抗體配對(duì)序列 (B)；中和抗體輕重鏈譜系 (C, D)。

3、助力疫苗評(píng)估與優(yōu)化設(shè)計(jì)
疫苗研發(fā)的核心環(huán)節(jié)之一是評(píng)估免疫效果與優(yōu)化抗原設(shè)計(jì)。Beacon® 平臺(tái)可快速分析疫苗接種后動(dòng)物模型或人體產(chǎn)生的抗體庫(kù)多樣性，篩選疫苗誘導(dǎo)的特異性抗體，明確免疫顯性表位，為疫苗設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持，有效規(guī)避免疫逃逸突變風(fēng)險(xiǎn)。

美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院 (NIH) 的研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)瘧疾疫苗開(kāi)展了深入研究，對(duì)比了疫苗接種人群與自然感染人群的B細(xì)胞及抗體特征。結(jié)果顯示，兩類(lèi)人群均存在針對(duì)瘧疾疫苗候選物RH5的抗體及B細(xì)胞，但疫苗接種人群的RH5陽(yáng)性B細(xì)胞數(shù)量是自然感染人群的約240倍，且篩選出的抗體具備更高的親和力與中和效力 (圖 5)。這一發(fā)現(xiàn)通過(guò)Beacon® 平臺(tái)的精準(zhǔn)分析得以驗(yàn)證，為瘧疾疫苗的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)，也彰顯了該平臺(tái)在疫苗評(píng)估中的核心價(jià)值。

圖5. 瘧原蟲(chóng)疫苗免疫和自然感染的人群體內(nèi)B細(xì)胞的對(duì)比。

小 結(jié)
尼帕病毒作為兼具高致死率、人際傳播能力與呼吸道傳播潛力的致命病原體，且目前缺乏有效防治手段，已成為全球公共衛(wèi)生領(lǐng)域的重大隱患。在氣候變化加劇病毒跨物種溢出風(fēng)險(xiǎn)、疫情持續(xù)活躍的背景下，加速相關(guān)疫苗與治療性抗體的研發(fā)已成為刻不容緩的全球性任務(wù)。

布魯克Beacon®單細(xì)胞光導(dǎo)平臺(tái)憑借其在抗體篩選中的高效性、精準(zhǔn)性與多功能集成優(yōu)勢(shì)，無(wú)論是從天然免疫人群還是免疫動(dòng)物中挖掘功能性抗體，亦或是為疫苗評(píng)估與設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐，都展現(xiàn)出不可替代的技術(shù)價(jià)值。該平臺(tái)已在SARS-CoV-2、麻疹病毒、RSV、瘧疾等多種病原體的研發(fā)中驗(yàn)證了其可靠性與實(shí)用性，為尼帕病毒相關(guān)研發(fā)工作提供了成熟的技術(shù)路徑與成功經(jīng)驗(yàn)。未來(lái)，Beacon®平臺(tái)將持續(xù)賦能科研工作者，助力突破尼帕病毒防治技術(shù)瓶頸，為全球公共衛(wèi)生安全提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。