告别冷冻与染色！生物型透射电子显微镜破解 AAV 成像难题，打开基因治疗观测新视界

发布日期：2025-07-24

腺相关病毒（AAV）作为基因治疗的明星载体，以其高效性和安全性获得广泛认可。然而，在AAV载体的研发和生产过程中，如何精确表征其结构和质量，一直是困扰科研人员的难题。特别是当样本中满壳（FCs）比例较低时，增加总衣壳输送量虽能满足治疗剂量需求，却也增加了AAV引发免疫反应的可能性。因此，准确鉴定AAV样品中的空壳（ECs）、部分填充（PCs）及满壳（FCs）衣壳的相对比例，是评价AAV载体质量的重要指标。

在众多定量分析方法中，沉降速率分析超速离心法（SV-AUC）、电荷检测质谱法（CDMS）、质量光度法（MP）及透射电子显微镜（TEM）虽能区分部分填充衣壳（PCs），但传统TEM的高昂成本、复杂操作及苛刻的样品要求，让许多实验室望而却步。如今，Delong Instrument公司推出的LVEM25E生物型透射电子显微镜，以其低电压、无负染、操作简便等优势，为AAV载体的表征提供了一种全新的解决方案。

近日，Kevin D.Ausman 等人^[1]深入探讨了LVEM25E生物型透射电子显微镜在 AAV 基因治疗产品表征中的潜力，尤其是在空壳、部分填充和全壳衣壳的定量分析，以及其在识别断裂/不完整衣壳和高分子量物种方面,展现了超凡的性能。

研究亮点

该研究不仅详细描述了LVEM25E成像的实验流程，包括样本制备、网格准备、成像参数设置及图像分析，还通过一系列实验验证了其准确性和可靠性。

1.  样品制备：研究者通过稀释和洗涤步骤，确保样本在 LVEM 网格上形成单层分布，为高清成像奠定基础，如下图。

图1.不同浓度AAC浓度的LVEM25E透射成像

2.  高清成像：LVEM25E采用5-25 kV 的加速电压，相比传统的 100-300 kV TEM，成本更低、维护更简单，且成像对比度更高。如下图所示，通过调整 LVEM 25E的参数，科研人员轻松获得了清晰的非染色 AAV 衣壳图像。直观区分空壳（ECs）、部分填充（PCs）及满壳（FCs）衣壳。

图2. 原始图像上识别出的分类。红色圆圈表示已识别为完整的衣壳，黄色表示部分充满，蓝色表示空的。

3.   智能分析：研究者利用自定义Mathematica 函数和训练有素的神经网络，对图像中的衣壳进行准确分类，并通过置信度检查确保分析结果的可靠性。

对比验证：LVEM25E展现超卓性能

研究还通过对比 LVEM25E 非染色成像与传统冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM）和分析超速离心（SV-AUC）等方法的结果，进一步验证了 LVEM25E 非染色成像在定量分析上的准确性。如图3（左）所示，模型系统A的数据显示，相对分析超速离心（AUC）和电荷检测质谱（CD-MS）检测，冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM）系统性地高估了空壳衣壳群体，而LVEM25E非染色成像的分析结果与AUC和CD-MS一致，因此在该模型系统中优于冷冻透射电子显微镜分析。而如图3（右）所示，冷冻透射电子显微镜和LVEM25E之间的一致性非常好，但两者都与AUC的测定结果有所不同，错误地将几乎满载的PCs报告为FCs。

图3. 对来自模态系统 A 的六个示例样本和来自模型系统 B 的七个示例样本进行方法比较结果图

最后，研究还对比了 LVEM25E 染色成像与传统的冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM）的成像分析结果。如下图所示，冷冻透射电子显微镜和负染色LVEM成像都可以识别、表征和定量破损/不完整衣壳。这些不完整的衣壳通常（但并非总是）以规则的二聚体和三聚体形式出现，其中每个组成不完整衣壳的大小大致相同，且它们的开口间隙相互面对。LVEM25E成像这些破损/不完整衣壳的一个共同特征是它们有暗中心，表明衣壳壳体上的断裂使衣壳对负染色剂具有通透性。

图4. 冷冻透射电子显微镜和负染色LVEM25E成像均可识别、表征和定量破损/不完整衣壳

研究意义

该研究为AAV 基因治疗产品的表征提供了一种更具成本效益和可及性的替代方法。LVEM25E不仅能够快速、准确地定量分析AAV衣壳的填充状态，还能在染色条件下提供关于衣壳完整性和高分子量物种的结构信息。与传统的 cryo-TEM 相比，LVEM25E的操作更为简便，且无需昂贵的设备和复杂的冷冻技术，大大降低了基因治疗产品开发和生产过程中的检测成本和时间。此外，LVEM25E 的高对比度成像能力使其在识别和分析 AAV 样本中的缺陷和杂质方面具有特殊的优势，这对于确保基因治疗产品的质量和安全性具有重要意义。

LVEM生物型透射电子显微镜：

Delong公司推出的LVEM生物型透射电子显微镜（LVEM5&25），采用了5kV与25kV的低加速电压设计，为生物样品的电镜成像提供最为便捷高效的解决方案，其核心优势包括：

高衬度：低能量电子对有机分子产生更强烈的散射，具有更高对比度。

无需染色：突破以往生物/轻材料成像需要重金属染色的局限性。

高分辨率：无染色条件下能够达到1.0 nm的图像分辨率。

多模式：LVEM5能够在TEM、SEM、STEM三种模式中自由切换。

高效方便：真空准备只需要3分钟，空间小，环境需求低。

易操作且成本低：友好智能化操作界面，降低操作难度；低耗材、低维护费用，无需专业操作人员，节省成本。

部分用户单位：

样机体验：

为满足国内生物前沿成像表征技术的需求，Quantum Design中国将开启生物型透射电子显微镜样机免费体验参观活动，欢迎通过点击此处或扫描如下二维码报名联系，亲临QD中国科学实验中心，感受LVEM系统带来的科研全新体验！