三维培养模型助力大规模生产疟原虫类血淋巴样孢子虫：疫苗研发新突破

本研究针对疟疾疫苗研发中疟原虫孢子虫(SPZ)体外培养难题，创新性地开发了模拟蚊中肠三维环境的Alvetex? Strata支架培养系统。研究人员通过优化培养基成分和培养条件，成功实现恶性疟原虫(P. falciparum)类血淋巴样孢子虫的高效生产，产量达106/批次，感染性验证显示其可成功入侵HC04肝细胞和FRG-huHep小鼠模型。该技术突破为疟疾疫苗研发提供了稳定、可规模化的孢子虫来源，解决了传统蚊源孢子虫生产的技术瓶颈。

　　

疟疾作为全球重大公共卫生问题，每年导致近60万人死亡，其中大多数是撒哈拉以南非洲地区的儿童。当前疟疾疫苗面临两大困境：RTS,S/R21等亚单位疫苗保护率有限（约30-50%），而基于全孢子虫(SPZ)的疫苗虽能诱导更强免疫却受限于生产瓶颈——传统方法需解剖感染蚊子的唾液腺，每只蚊子仅能获取约6.5万孢子虫，且过程费时费力。更棘手的是，体外模拟疟原虫在蚊体内的复杂发育环境极具挑战性，特别是如何重现中肠基底膜的三维结构和血淋巴的营养交换。

为突破这一技术壁垒，来自MalarVx Inc.的研究团队在《Malaria Journal》发表创新成果。他们设计出革命性的三维培养系统，通过Alvetex? Strata多孔支架模拟蚊中肠微环境，结合优化的C2培养基（含昆虫培养基补充物、人红细胞裂解液等关键成分），成功实现恶性疟原虫(P. falciparum)类血淋巴样孢子虫(haemolymph-like SPZ)的大规模体外生产。这项研究的关键在于：1）建立"加速法"在11天内完成配子体到动合子的转化，产量提升4.5倍；2）采用胶原/层粘连蛋白预处理的支架支持卵囊发育；3）通过蛋白组学验证动合子标志蛋白（如P25/P28）表达；4）证实体外孢子虫(IVS)可感染人肝细胞并在人源化小鼠中完成生命周期。

关键技术包括：1）三维Alvetex Strata支架培养系统构建；2）多阶段培养基优化（配子体诱导培养基GIM和卵囊培养基C2）；3）磁珠分选(MACS)纯化动合子；4）液相色谱-质谱(LC-MS)蛋白组分析；5）免疫荧光(IFA)追踪卵囊发育；6）人源化FRG-huHep小鼠模型验证感染性。

【配子体培养优化】
传统"崩溃法"需14天产生成熟配子体，而改良的GIM培养基（含0.5%人红细胞裂解液）将周期缩短至11天，动合子产量达550万/批次（图1d）。蛋白组学分析鉴定出2713种疟原虫蛋白，包括动合子侵袭中肠的关键蛋白如几丁质酶CHT1和分泌蛋白PSOP家族（表2），证实体外培养系统能支持疟原虫发育。

【三维培养系统】
ECM包被的Alvetex Strata支架（孔径15μm）支持卵囊发育至12μm（图2d），第11-15天释放的IVS产量达980万/批次（图2f）。Western blot显示IVS表达环子孢子蛋白(CSP)和血栓反应蛋白相关粘附蛋白(TRAP)，但滑动实验显示其运动模式更接近血淋巴孢子虫（图2h）。

【跨物种验证】
该系统适用于不同虫株：野生型PfNF54 GFP-Luc、临床分离株Pf2006（图4c）和基因减毒株GAP3KO（图4f）。其中PfNF54 IVS感染HC04肝细胞后，第5天可见GFP表达（图3a），IFA检测到CSP阳性肝期寄生虫（图3b）。

【体内感染验证】
FRG-huHep小鼠实验显示，100万IVS注射组血液中检出8.9×10⁴寄生虫/mL（图5b），证实IVS能完成肝期发育并释放裂殖子。基因减毒株GAP3KO IVS则按预期在肝期停滞，验证了培养系统的基因型保持能力。

这项研究开创性地建立了疟原虫孢子虫的标准化生产平台，其意义体现在三方面：1）技术层面，产量较蚊源法提升200倍，周期缩短30%；2）应用层面，为全孢子虫疫苗（如PfSPZ Vaccine）提供稳定抗原来源；3）科学层面，首次实现疟原虫蚊期发育的全程体外研究。特别值得注意的是，培养获得的IVS表现出与天然血淋巴孢子虫相似的生物学特性，为研究孢子虫成熟机制提供了新模型。相比Sanaria公司的空心纤维培养系统（需30天），该技术将生产周期压缩至15天内，且无需昆虫细胞共培养，更具产业化潜力。

研究也存在若干待优化环节：卵囊尺寸受限可能影响孢子虫伸长；IVS滑动能力与唾液腺孢子虫存在差异；培养基成分（如蚕蛾血淋巴）可能增加生产成本。未来研究可探索支架孔径扩大（如42μm）对卵囊发育的影响，并进一步解析IVS与天然孢子虫的转录组差异。这项突破性工作为疟疾防控提供了变革性工具，使大规模孢子虫疫苗生产摆脱对蚊虫的依赖成为可能。