AAV 캡시드(Capsid)와 빈 캡시드 바이러스(Empty Capsid)

1. AAV 캡시드(Capsid)란 무엇인가?

AAV 캡시드는 AAV 바이러스의 가장 바깥을 구성하는 단백질 외피로,
주로 VP1 / VP2 / VP3 세 가지 구조 단백질이 일정한 비율(약 1:1:10)로 조립되어 형성된다.

1️⃣ AAV 캡시드의 주요 기능

• 세포 및 조직 친화성(tropism) 결정
  AAV 혈청형(AAV2, AAV5, AAV8, AAV9 등)에 따라 캡시드 구조가 달라지며,
  이는 인식하는 세포 수용체와 감염 가능한 조직을 결정함

• 세포 유입 및 핵 이동 매개
  VP1에는 PLA2 도메인이 포함되어 있어 엔도좀 탈출 과정에 관여

• 면역원성에 영향
  캡시드는 중화항체의 주요 표적

• 체내 발현 효율 및 지속성에 영향

2. AAV 빈 캡시드 바이러스(Empty Capsid)란?

빈 캡시드 바이러스란,

구조적으로는 완전한 AAV 캡시드를 갖추었으나, 내부에 목적 유전자(ssDNA 또는 scDNA)를 포함하지 않은 입자를 의미한다.

AAV 패키징 과정에서 캡시드는 정상적으로 조립되었지만
유전체가 성공적으로 포장되지 못하면 빈 캡시드가 생성된다.

3. 빈 캡시드 vs 완전 캡시드(Full Capsid)

👉 따라서 실험에서
vg/mL는 낮지만 capsid/mL 또는 GC/mL 수치는 높게 나타나는 경우가 발생할 수 있다.

4. 빈 캡시드가 많이 생성되는 원인

1️⃣ 벡터 설계 문제

• 삽입 유전자 크기가 **AAV 포장 한계(약 4.7 kb)**에 근접하거나 초과

• ITR 구조 이상 또는 불완전

• 강한 2차 구조로 인한 유전체 포장 저해

2️⃣ 패키징 시스템 문제

• Rep / Cap 발현 비율 불균형

• Rep 기능 저하로 인한 유전체 복제 효율 감소

• 트랜스펙션 조건 불안정(PEI 비율, 세포 상태 등)

3️⃣ 생산 공정 요인

• 패키징 시간 부족

• 세포 스트레스 또는 세포 사멸

• 정제 공정에서 빈 캡시드와 완전 캡시드를 효과적으로 분리하지 못함

5. 빈 캡시드 비율이 높은 경우의 영향

❌ 연구 실험에서의 문제

• 실제 유효 감염 입자 수 감소

• 유전자 발현 효율 저하

• 실험 재현성 저하

❌ In vivo / 임상 적용 시 위험

• 면역 반응 증가

• 중화항체 소모 증가

• 투여 용량 증가 대비 치료 효과는 증가하지 않음

👉 임상 등급 AAV에서는 빈 캡시드 비율 관리가 매우 중요하다.

6. 빈 캡시드 비율을 낮추는 방법

• 벡터 크기 및 구조 최적화 (<4.7 kb)

• Rep / Cap 발현 비율 조절

• 고효율 AAV 패키징 시스템 사용

• 적절한 패키징 시간 확보

• CsCl 또는 AEX 등 빈 캡시드 분리가 가능한 정제 공정 적용

• AUC, TEM, SEC-MALS 등 분석을 통한 빈/완전 캡시드 비율 평가