Published September 3, 2021 | Version v1
Publication Open

Correlative imaging using super‐resolution fluorescence microscopy and soft X‐ray tomography at cryogenic temperatures provides a new way to assess virosome solutions for vaccine development

  • 1. Diamond Light Source
  • 2. Rosalind Franklin Institute
  • 3. Rutherford Appleton Laboratory
  • 4. Institute of Structural and Molecular Biology
  • 5. Norwich Research Park
  • 6. Seagull BioSolutions (India)

Description

Active virosomes (AVs) are derivatives of viruses, broadly similar to 'parent' pathogens, with an outer envelope that contains a bespoke genome coding for four to five viral proteins capable of eliciting an antigenic response. AVs are essentially novel vaccine formulations that present on their surface selected viral proteins as antigens. Once administered, they elicit an initial 'anti-viral' immune response. AVs are also internalised by host cells where their cargo viral genes are used to express viral antigen(s) intracellularly. These can then be transported to the host cell surface resulting in a second wave of antigen exposure and a more potent immuno-stimulation. A new 3D correlative microscopy approach is used here to provide a robust analytical method for characterisation of Zika- and Chikungunya-derivatised AV populations including vesicle size distribution and variations in antigen loading. Manufactured batches were compared to assess the extent and nature of batch-to-batch variations. We also show preliminary results that verify antigen expression on the surface of host cells. We present here a reliable and efficient high-resolution 3D imaging regime that allows the evaluation of the microstructure and biochemistry of novel vaccine formulations such as AVs.A novel combination of microscopies involving X-ray and laser light has been developed at the correlative cryo-imaging beamline B24 of the UK synchrotron which can be used to analyse across- and within-batch variability of active virosome vaccine formulations. We use 3D fluorescence imaging to localise viral components within vaccine vesicles and soft X-ray tomography to characterise sample variability and impact upon delivery to cells. Moreover, we offer the next step in automation of data processing and evaluation to further enable rapid assessment of exosome-based vaccines. Active virosome vaccines are suspensions of membrane-bounded vesicles that carry antigens and genetic material from select viral pathogens. These elicit both an initial immune response through their introduction and a subsequent sustained antigenic potential via gene expression in host cells. In this case, as in all novel vaccine formulations, rapid assessment and batch standardisation are of paramount importance for the medical community and the methods described here provide a robust way of quick and efficient assessment and validation of formulations during research and development and at the production stages.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الفيروسات النشطة (AVs) هي مشتقات من الفيروسات، تشبه إلى حد كبير مسببات الأمراض "الأم"، مع غلاف خارجي يحتوي على ترميز جينوم مفصل لأربعة إلى خمسة بروتينات فيروسية قادرة على إثارة استجابة مستضدية. المضادات الحيوية هي في الأساس تركيبات لقاح جديدة تظهر على سطحها بروتينات فيروسية مختارة كمستضدات. بمجرد إعطائها، فإنها تستثير استجابة مناعية "مضادة للفيروسات" أولية. يتم أيضًا استيعاب الفيروسات القهقرية بواسطة الخلايا المضيفة حيث يتم استخدام جيناتها الفيروسية الحاملة للتعبير عن المستضد(المستضدات) الفيروسية داخل الخلايا. يمكن بعد ذلك نقلها إلى سطح الخلية المضيفة مما يؤدي إلى موجة ثانية من التعرض للمستضد وتحفيز مناعي أكثر قوة. يتم استخدام نهج مجهر ارتباطي ثلاثي الأبعاد جديد هنا لتوفير طريقة تحليلية قوية لتوصيف مجموعات الشرايين الوريدية المشتقة من زيكا وشيكونغونيا بما في ذلك توزيع حجم الحويصلة والاختلافات في تحميل المستضد. تمت مقارنة الدفعات المصنعة لتقييم مدى وطبيعة الاختلافات بين الدفعات. كما نعرض النتائج الأولية التي تتحقق من تعبير المستضد على سطح الخلايا المضيفة. نقدم هنا نظام تصوير ثلاثي الأبعاد موثوق به وفعال وعالي الدقة يسمح بتقييم البنية المجهرية والكيمياء الحيوية لتركيبات اللقاح الجديدة مثل AVs. تم تطوير مجموعة جديدة من المجاهر التي تتضمن الأشعة السينية وضوء الليزر في خط شعاع التصوير بالتبريد المترابط B24 من السنكروترون في المملكة المتحدة والذي يمكن استخدامه لتحليل التباين عبر وداخل الدفعة لتركيبات لقاح الفيروسات النشطة. نستخدم التصوير الفلوري ثلاثي الأبعاد لتحديد موقع المكونات الفيروسية داخل حويصلات اللقاح والتصوير المقطعي بالأشعة السينية الناعمة لتمييز تباين العينة والتأثير على التسليم إلى الخلايا. علاوة على ذلك، نقدم الخطوة التالية في أتمتة معالجة البيانات وتقييمها لتمكين التقييم السريع للقاحات القائمة على الإكسوسوم. لقاحات الفيروسات النشطة هي معلقات للحويصلات المرتبطة بالغشاء والتي تحمل المستضدات والمواد الوراثية من مسببات الأمراض الفيروسية المختارة. هذه تثير كل من الاستجابة المناعية الأولية من خلال إدخالها وإمكانات مستضدية مستدامة لاحقة عن طريق التعبير الجيني في الخلايا المضيفة. في هذه الحالة، كما هو الحال في جميع تركيبات اللقاحات الجديدة، فإن التقييم السريع وتوحيد الدفعات لهما أهمية قصوى للمجتمع الطبي، وتوفر الطرق الموضحة هنا طريقة قوية للتقييم السريع والفعال والتحقق من صحة التركيبات أثناء البحث والتطوير وفي مراحل الإنتاج.

Translated Description (French)

Les virosomes actifs (VA) sont des dérivés de virus, globalement similaires aux agents pathogènes « parents », avec une enveloppe externe qui contient un génome sur mesure codant pour quatre à cinq protéines virales capables de provoquer une réponse antigénique. Les AV sont essentiellement de nouvelles formulations de vaccins qui présentent à leur surface des protéines virales sélectionnées comme antigènes. Une fois administrés, ils provoquent une réponse immunitaire initiale « antivirale ». Les VA sont également internalisés par les cellules hôtes où leurs gènes viraux cargo sont utilisés pour exprimer le (s) antigène(s) viral (s) par voie intracellulaire. Ceux-ci peuvent ensuite être transportés à la surface de la cellule hôte, ce qui entraîne une deuxième vague d'exposition à l'antigène et une immunostimulation plus puissante. Une nouvelle approche de microscopie corrélative 3D est utilisée ici pour fournir une méthode analytique robuste pour la caractérisation des populations AV dérivées de Zika et de Chikungunya, y compris la distribution de la taille des vésicules et les variations de la charge en antigène. Les lots fabriqués ont été comparés pour évaluer l'étendue et la nature des variations d'un lot à l'autre. Nous montrons également des résultats préliminaires qui vérifient l'expression de l'antigène à la surface des cellules hôtes. Nous présentons ici un régime d'imagerie 3D haute résolution fiable et efficace qui permet l'évaluation de la microstructure et de la biochimie de nouvelles formulations de vaccins telles que AVs.Une nouvelle combinaison de microscopies impliquant des rayons X et une lumière laser a été développée à la ligne de faisceau de cryo-imagerie corrélative B24 du synchrotron britannique qui peut être utilisée pour analyser la variabilité entre et dans le lot des formulations de vaccins virosomes actifs. Nous utilisons l'imagerie par fluorescence 3D pour localiser les composants viraux dans les vésicules vaccinales et la tomographie par rayons X mous pour caractériser la variabilité de l'échantillon et l'impact sur l'administration aux cellules. De plus, nous offrons la prochaine étape dans l'automatisation du traitement et de l'évaluation des données pour permettre une évaluation rapide des vaccins à base d'exosomes. Les vaccins virosomes actifs sont des suspensions de vésicules membranaires qui transportent des antigènes et du matériel génétique provenant de certains agents pathogènes viraux. Ceux-ci suscitent à la fois une réponse immunitaire initiale par leur introduction et un potentiel antigénique soutenu ultérieur via l'expression génique dans les cellules hôtes. Dans ce cas, comme dans toutes les nouvelles formulations de vaccins, l'évaluation rapide et la normalisation des lots sont d'une importance primordiale pour la communauté médicale et les méthodes décrites ici fournissent un moyen robuste d'évaluation et de validation rapides et efficaces des formulations pendant la recherche et le développement et aux stades de la production.

Translated Description (Spanish)

Los virosomas activos (AV) son derivados de virus, muy similares a los patógenos "parentales", con una envoltura externa que contiene un genoma a medida que codifica de cuatro a cinco proteínas virales capaces de provocar una respuesta antigénica. Los AV son esencialmente formulaciones de vacunas novedosas que presentan en su superficie proteínas virales seleccionadas como antígenos. Una vez administrados, provocan una respuesta inmune "antiviral" inicial. Las AV también son internalizadas por las células huésped donde sus genes virales de carga se utilizan para expresar antígenos virales intracelularmente. Estos pueden transportarse a la superficie de la célula huésped, lo que da como resultado una segunda ola de exposición al antígeno y una inmunoestimulación más potente. Aquí se utiliza un nuevo enfoque de microscopía correlativa 3D para proporcionar un método analítico sólido para la caracterización de poblaciones AV derivadas de Zika y Chikungunya, incluida la distribución del tamaño de las vesículas y las variaciones en la carga de antígenos. Los lotes fabricados se compararon para evaluar el alcance y la naturaleza de las variaciones de lote a lote. También mostramos resultados preliminares que verifican la expresión del antígeno en la superficie de las células huésped. Presentamos aquí un régimen de imágenes 3D de alta resolución confiable y eficiente que permite la evaluación de la microestructura y la bioquímica de formulaciones de vacunas novedosas, como AV. Se ha desarrollado una nueva combinación de microscopios que involucran rayos X y luz láser en la línea de haz de crioimagen correlativa B24 del sincrotrón del Reino Unido que se puede usar para analizar la variabilidad entre lotes y dentro de lotes de formulaciones de vacunas de virosomas activas. Utilizamos imágenes de fluorescencia 3D para localizar los componentes virales dentro de las vesículas de la vacuna y tomografía de rayos X blandos para caracterizar la variabilidad de la muestra y el impacto en la entrega a las células. Además, ofrecemos el siguiente paso en la automatización del procesamiento y la evaluación de datos para permitir una evaluación más rápida de las vacunas basadas en exosomas. Las vacunas de virosomas activos son suspensiones de vesículas unidas a la membrana que transportan antígenos y material genético de patógenos virales seleccionados. Estos provocan tanto una respuesta inmunitaria inicial a través de su introducción como un potencial antigénico sostenido posterior a través de la expresión génica en las células huésped. En este caso, como en todas las formulaciones de vacunas novedosas, la evaluación rápida y la estandarización de lotes son de suma importancia para la comunidad médica y los métodos descritos aquí proporcionan una forma sólida de evaluación y validación rápida y eficiente de las formulaciones durante la investigación y el desarrollo y en las etapas de producción.

Files

jmi.13054.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f0036d503ed2eec818b5e8d74f5a615c
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يوفر التصوير المترابط باستخدام المجهر الفلوري فائق الدقة والتصوير المقطعي بالأشعة السينية الناعمة في درجات الحرارة المبردة طريقة جديدة لتقييم حلول الفيروسات لتطوير اللقاح
Translated title (French)
L'imagerie corrélative utilisant la microscopie à fluorescence à super-résolution et la tomographie douce aux rayons X à des températures cryogéniques fournit une nouvelle façon d'évaluer les solutions virosomales pour le développement de vaccins
Translated title (Spanish)
La obtención de imágenes correlativas mediante microscopía de fluorescencia de superresolución y tomografía derayos X blanda a temperaturas criogénicas proporciona una nueva forma de evaluar las soluciones virosómicas para el desarrollo de vacunas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3189621398
DOI
10.1111/jmi.13054

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1547714734
  • https://openalex.org/W1581481418
  • https://openalex.org/W1967488596
  • https://openalex.org/W1973587949
  • https://openalex.org/W1980575409
  • https://openalex.org/W1986079146
  • https://openalex.org/W2006556262
  • https://openalex.org/W2008747763
  • https://openalex.org/W2025629271
  • https://openalex.org/W2029101220
  • https://openalex.org/W2037947871
  • https://openalex.org/W2049964978
  • https://openalex.org/W2060380219
  • https://openalex.org/W2116272367
  • https://openalex.org/W2118994333
  • https://openalex.org/W2123501029
  • https://openalex.org/W2124733101
  • https://openalex.org/W2135320278
  • https://openalex.org/W2146806799
  • https://openalex.org/W2148725291
  • https://openalex.org/W2150904674
  • https://openalex.org/W2167279371
  • https://openalex.org/W2269415927
  • https://openalex.org/W2405210293
  • https://openalex.org/W2415582251
  • https://openalex.org/W2482435501
  • https://openalex.org/W2487704570
  • https://openalex.org/W2504310577
  • https://openalex.org/W2528372173
  • https://openalex.org/W2583762284
  • https://openalex.org/W2790320526
  • https://openalex.org/W2790857672
  • https://openalex.org/W2795178522
  • https://openalex.org/W2804304026
  • https://openalex.org/W2896678606
  • https://openalex.org/W2955683107
  • https://openalex.org/W2971286050
  • https://openalex.org/W2985753567
  • https://openalex.org/W2999528257
  • https://openalex.org/W3016754141
  • https://openalex.org/W3021246346
  • https://openalex.org/W3023651157
  • https://openalex.org/W3034277399
  • https://openalex.org/W3037184735
  • https://openalex.org/W3038883326
  • https://openalex.org/W3084152309
  • https://openalex.org/W3111341652
  • https://openalex.org/W3111707573
  • https://openalex.org/W3137135342
  • https://openalex.org/W3157165783
  • https://openalex.org/W3161721592
  • https://openalex.org/W3171111902
  • https://openalex.org/W3189621398
  • https://openalex.org/W4247576800
  • https://openalex.org/W4285719527
  • https://openalex.org/W4297928969
  • https://openalex.org/W4300751364