ไวรัสพาหะคือไวรัสที่ได้รับการดัดแปลงเพื่อนำส่งสารพันธุกรรมเข้าสู่เซลล์กระบวนการนี้สามารถทำได้ภายในสิ่งมีชีวิตหรือในเซลล์เพาะเลี้ยงไวรัสพาหะมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในการวิจัยพื้นฐาน การเกษตร และการแพทย์

ไวรัสได้พัฒนากลไกโมเลกุลเฉพาะเพื่อขนส่งจีโนม ของพวกมัน เข้าสู่โฮสต์ที่ติดเชื้อ ซึ่งกระบวนการนี้เรียกว่าการถ่ายทอดทางพันธุกรรม (transduction ) ความสามารถนี้ถูกนำมาใช้ประโยชน์ในฐานะพาหะไวรัส ซึ่งอาจรวมสารพันธุกรรมที่บรรจุอยู่—ยีนที่ถ่ายทอด —เข้ากับจีโนมของโฮสต์ แม้ว่าพาหะที่ไม่รวมเข้ากับจีโนมก็ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน นอกเหนือจากด้านการเกษตรและการวิจัยในห้องปฏิบัติการแล้ว พาหะไวรัสยังถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในการบำบัดด้วยยีนโดยในปี 2022 การบำบัดด้วยยีนที่ได้รับการอนุมัติทั้งหมดล้วนใช้พาหะไวรัสเป็นพื้นฐาน นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับวัคซีน แบบดั้งเดิม การแสดงออกของ แอนติเจนภายในเซลล์ที่เกิดขึ้นได้จากวัคซีนพาหะไวรัสทำให้เกิดการกระตุ้นภูมิคุ้มกันที่แข็งแกร่งกว่า

ไวรัสหลายชนิดได้รับการพัฒนาเป็นแพลตฟอร์มเวกเตอร์ไวรัส ตั้งแต่เรโทรไวรัสไปจนถึงไซโตเมกาไวรัสเวกเตอร์ไวรัสแต่ละประเภทมีความแตกต่างกันอย่างมากในด้านจุดแข็งและข้อจำกัด เหมาะสำหรับงานประยุกต์ใช้เฉพาะด้าน ตัวอย่างเช่น เวกเตอร์ที่ไม่ก่อให้เกิดภูมิคุ้มกันและสามารถรวมเข้ากับจีโนมได้ดี เช่นเวกเตอร์เลนติ ไวรัส มักถูกนำมาใช้ในการบำบัดด้วยยีน นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาเวกเตอร์ไวรัสลูกผสม เช่น เวกเตอร์ไฮบริดที่มีคุณสมบัติทั้งของแบคทีริโอเฟจและไวรัสยูคาริโอติกด้วย

เวกเตอร์ไวรัสถูกสร้างขึ้นครั้งแรกในปี 1972 โดยพอล เบิร์กการพัฒนาเพิ่มเติมถูกระงับชั่วคราวโดย มาตรการระงับการวิจัย ดีเอ็นเอลูกผสมหลังจากการประชุมอาซิโลมาร์และข้อกำหนดที่เข้มงวดของสถาบันสุขภาพแห่งชาติเมื่อยกเลิกมาตรการดังกล่าวแล้ว ในช่วงทศวรรษ 1980 ได้มีการค้นพบการบำบัดด้วยยีนโดยใช้เวกเตอร์ไวรัสลูกผสมเป็นครั้งแรกและวัคซีนเวกเตอร์ไวรัสเป็นครั้งแรก แม้ว่าในช่วงทศวรรษ 1990 จะมีความก้าวหน้าอย่างมากในด้านเวกเตอร์ไวรัส แต่การทดลองทางคลินิกก็ประสบกับความล้มเหลวหลายครั้ง ซึ่งจบลงด้วย การเสียชีวิตของ เจสซี เกลซิงเกอร์อย่างไรก็ตาม ในศตวรรษที่ 21 เวกเตอร์ไวรัสกลับมาได้รับความนิยมอีกครั้งและได้รับการอนุมัติทั่วโลกสำหรับการรักษาโรคต่างๆ มีการนำไปใช้กับผู้ป่วยหลายพันล้านคน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงการ ระบาดของโควิด-19

ไวรัสซึ่งเป็นตัวแทนการติดเชื้อที่ประกอบด้วยเปลือกโปรตีนที่ห่อหุ้มจีโนมเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีจำนวนมากที่สุดบนโลก^{[ 1 ] [ 2 ]}เนื่องจากไวรัสไม่สามารถจำลองตัวเองได้ จึงต้องติดเชื้อเซลล์และยึดกลไกการจำลองตัวเองของโฮสต์ เพื่อ สร้างสำเนาของตัวเอง [ ^{2 ] ไวรัส}ทำเช่นนี้โดยการแทรกจีโนมของพวกมัน ซึ่งอาจเป็นDNAหรือRNAทั้งแบบสายเดี่ยวหรือสายคู่เข้าไปในโฮสต์^{[ 3 ]}ไวรัสบางชนิดอาจรวมจีโนมของพวกมันเข้ากับจีโนมของโฮสต์โดยตรงในรูปแบบของโปรไวรัส^{[ 4 ]}

ความสามารถในการถ่ายโอนสารพันธุกรรมต่างประเทศนี้ถูกใช้ประโยชน์โดยวิศวกรพันธุกรรมเพื่อสร้างเวกเตอร์ไวรัส ซึ่งสามารถถ่ายทอดทรานส์ยีนที่ต้องการเข้าไปในเซลล์เป้าหมายได้^{[ 2 ]}เวกเตอร์ไวรัสประกอบด้วยส่วนประกอบสามส่วน: ^{[ 5 ] [ 6 ]}

1. แคปซิดโปรตีนและบางครั้งอาจมีเปลือกหุ้มที่ห่อหุ้มสารพันธุกรรมไว้ สิ่งนี้เป็นตัวกำหนดช่วงของเซลล์ชนิดต่างๆที่เวกเตอร์สามารถติดเชื้อได้ ซึ่งเรียกว่าโทรพิซึม (tropism ) ของเวกเตอร์นั้น
2. สารพันธุกรรมที่บรรจุอยู่ภายใน: ยีนที่ถูกถ่ายทอดเข้าไป ซึ่งจะส่งผลให้เกิดผลลัพธ์ที่ต้องการเมื่อถูกแสดงออก
3. " ชุดควบคุมการแสดงออกของยีน " ที่ทำหน้าที่ควบคุมการแสดงออกของยีนที่ถูกถ่ายทอด ไม่ว่าจะถูกรวมเข้ากับ โครโมโซมของโฮสต์หรือเป็นอีพิโซมชุดควบคุมนี้ประกอบด้วยตัวเร่งการแสดงออก (enhancer) ตัวส่งเสริมการแสดงออก (promoter ) และองค์ประกอบเสริมอื่นๆ

เวกเตอร์ไวรัสถูกใช้เป็นประจำใน การ วิจัยพื้นฐานและสามารถนำยีนที่เข้ารหัส เช่นดีเอ็นเอเสริม อาร์เอ็นเอแฮร์พินสั้นหรือระบบCRISPR/Cas9สำหรับการแก้ไขยีน^{[ 8 ]}เวกเตอร์ไวรัสถูกนำมาใช้สำหรับการปรับเปลี่ยนโปรแกรมของเซลล์ เช่นการเหนี่ยวนำเซลล์ต้นกำเนิดที่มีศักยภาพหลายอย่างหรือการแยกเซลล์ร่างกายของผู้ใหญ่ไปเป็นเซลล์ประเภทต่างๆ^{[ 9 ]}นักวิจัยยังใช้เวกเตอร์ไวรัสเพื่อสร้างหนูและหนูแรตแปลงพันธุกรรมสำหรับการทดลอง^{[ 10 ]}เวกเตอร์ไวรัสสามารถใช้สำหรับ การถ่ายภาพ ในร่างกายผ่านการนำยีนรายงาน เข้าไป นอกจากนี้ การถ่ายทอดยีนไปยังเซลล์ต้นกำเนิดยังช่วยให้สามารถติดตามสายเลือดของเซลล์ในระหว่างการพัฒนาได้^{[ 9 ]}

การบำบัดด้วยยีนมุ่งที่จะปรับเปลี่ยนหรือส่งผลกระทบต่อการแสดงออกของยีนผ่านการนำทรานส์ยีนบำบัดเข้ามา การบำบัดด้วยยีนโดยใช้เวกเตอร์ไวรัสสามารถทำได้โดย การส่ง มอบในร่างกายโดยการให้เวกเตอร์แก่ผู้ป่วยโดยตรง หรือภายนอกร่างกายโดยการสกัดเซลล์จากผู้ป่วย ถ่ายทอดยีนไปยังเซลล์เหล่านั้น แล้วนำเซลล์ที่ได้รับการดัดแปลงกลับเข้าไปในผู้ป่วย^{[ 11 ]}การบำบัดด้วยยีนโดยใช้เวกเตอร์ไวรัสอาจใช้กับพืชได้เช่นกัน ซึ่งคาดว่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของพืชผลหรือส่งเสริมการผลิตที่ยั่งยืน^{[ 12 ]}

การบำบัดด้วยยีนแบ่งออกเป็นสี่ประเภทหลัก ได้แก่ การแทนที่ยีนการปิดกั้นยีนการเพิ่มยีน หรือการแก้ไขยีน^{[ 11 ] [ 13 ]}เมื่อเทียบกับวิธีการบำบัดด้วยยีนแบบไม่รวมเข้ากับจีโนมอื่นๆ ยีนที่ถูกนำเข้าโดยเวกเตอร์ไวรัสจะให้การแสดงออกที่ยาวนานหลายปี^{[ 14 ]}

สำหรับการใช้เป็น แพลตฟอร์ม วัคซีนเวกเตอร์ไวรัสสามารถถูกออกแบบให้บรรทุกแอนติเจน เฉพาะ ที่เกี่ยวข้องกับโรคติดเชื้อหรือแอนติเจนของเนื้องอกได้ [ ^{15 ] [ 16 ] วัคซีน}แบบดั้งเดิมไม่เหมาะสำหรับการป้องกันเชื้อโรคบางชนิดเนื่องจากกลยุทธ์การหลีกเลี่ยงภูมิคุ้มกันที่เป็นเอกลักษณ์และความแตกต่างในพยาธิกำเนิด^{[ 17 ]}ตัวอย่างเช่น วัคซีนที่ใช้เวกเตอร์ไวรัสอาจให้ภูมิคุ้มกันต่อHIV-1และมาลาเรีย ได้ ^{ใน ที่สุด [ 18} ]

ในขณะที่วัคซีนย่อยแบบดั้งเดิมกระตุ้นการตอบสนองของสารน้ำ^{[ 19 ]}เวกเตอร์ไวรัสช่วยให้มีการแสดงออกของแอนติเจนภายในเซลล์ที่กระตุ้นเส้นทาง MHC ผ่านทั้งเส้นทางการนำเสนอโดยตรงและการนำเสนอข้าม ซึ่งเหนี่ยวนำให้เกิดการตอบสนองของภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวที่แข็งแกร่ง^{[ 20 ] [ 21 ]}วัคซีนเวกเตอร์ไวรัสยังมีคุณสมบัติเสริมฤทธิ์ ในตัว ผ่านการกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิดและการแสดงออกของรูปแบบโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับเชื้อโรคทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้สารเสริมฤทธิ์เพิ่มเติม^{[ 22 ] [ 15 ]}นอกเหนือจากการตอบสนองของภูมิคุ้มกันที่แข็งแกร่งกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวัคซีนประเภทอื่น เวกเตอร์ไวรัสยังมีการถ่ายทอดยีนที่มีประสิทธิภาพและสามารถกำหนดเป้าหมายเซลล์ประเภทเฉพาะได้^{[ 19 ]}อย่างไรก็ตาม ภูมิคุ้มกันที่มีอยู่ก่อนแล้วต่อไวรัสที่ใช้เป็นเวกเตอร์อาจเป็นปัญหาสำคัญ^{[ 18 ]}

ก่อนปี 2020 วัคซีนเวกเตอร์ไวรัสได้รับการฉีดอย่างแพร่หลายแต่จำกัดเฉพาะในทางการสัตวแพทย์^{[ 22 ]}ในการตอบสนองต่อการระบาดใหญ่ของ COVID-19 ทั่วโลก วัคซีนเวกเตอร์ไวรัสมีบทบาทสำคัญและได้รับการฉีดให้กับผู้คนหลายพันล้านคน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเทศที่มีรายได้ต่ำและปานกลาง^{[ 23 ]}

เรโทรไวรัส —ไวรัส RNA ที่มีเปลือกหุ้ม—เป็นแพลตฟอร์มเวกเตอร์ไวรัสที่ได้รับความนิยมเนื่องจากความสามารถในการรวมสารพันธุกรรมเข้ากับจีโนมของโฮสต์^{[ 2 ]}เวกเตอร์เรโทรไวรัสประกอบด้วยสองประเภทหลัก ได้แก่ เวกเตอร์แกมมาเรโทรไวรัสและเวกเตอร์เลนติไวรัส ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างทั้งสองคือ เวกเตอร์แกมมาเรโทรไวรัสสามารถติดเชื้อได้เฉพาะเซลล์ที่กำลังแบ่งตัว ในขณะที่เวกเตอร์เลนติไวรัสสามารถติดเชื้อได้ทั้งเซลล์ที่กำลังแบ่งตัวและเซลล์ที่พักตัว^{[ 24 ]}ที่น่าสังเกตคือ จีโนมของเรโทรไวรัสประกอบด้วย RNA สายเดี่ยวและต้องถูกแปลงเป็น DNA สายคู่โปรไวรัส ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการถอดรหัสย้อนกลับ —ก่อนที่จะถูกรวมเข้ากับจีโนมของโฮสต์ผ่านโปรตีนไวรัส เช่นอินทิเกรส^{[ 25 ]}

เวกเตอร์แกมมาเรโทรไวรัสที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือไวรัสลูคีเมียหนูโมโลนีย์ ที่ดัดแปลง (MMLV) ซึ่งสามารถถ่ายทอดไปยังเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายชนิด เวกเตอร์ MMLV เกี่ยวข้องกับกรณีการเกิดมะเร็งบางกรณี^{[ 26 ]}เวกเตอร์แกมมาเรโทรไวรัสได้รับการนำไปใช้กับ เซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือด นอกร่างกายเพื่อรักษาโรคทางพันธุกรรมหลายชนิด ได้สำเร็จ ^{[ 27 ]}

เวกเตอร์เลนติไวรัสส่วนใหญ่ได้มาจากไวรัสภูมิคุ้มกันบกพร่องของมนุษย์ชนิดที่ 1 (HIV-1) แม้ว่าจะมีการใช้ไวรัสภูมิคุ้มกันบกพร่องของลิง (SIV) ไวรัสภูมิคุ้มกันบกพร่องของแมว (FIV) และไวรัสโรคโลหิตจางติดเชื้อในม้า (EIAV) ที่ได้รับการดัดแปลงแล้วก็ตาม ^{[ 24 ]}เนื่องจากยีนที่ทำงานได้ทั้งหมดถูกกำจัดออกไปหรือกลายพันธุ์ เวกเตอร์จึงไม่ ก่อให้เกิด ความเป็นพิษต่อเซลล์และสามารถออกแบบให้ไม่รวมเข้ากับ จีโนมได้ ^{[ 28 ]}

เวกเตอร์ Lentiviral สามารถบรรทุกสารพันธุกรรมต่างประเทศได้มากถึง 10 kb แม้ว่าจะมีรายงานว่า 3-4 kb เป็นค่าที่เหมาะสมที่สุดในปี 2023 ก็ตาม^{[ 24 ] [ 28 ]}เมื่อเทียบกับเวกเตอร์ไวรัสอื่นๆ เวกเตอร์ Lentiviral มีความสามารถในการถ่ายทอดยีนได้สูงสุด เนื่องจากมีการสร้าง "DNA flap" แบบสามสายในระหว่างการถอดรหัสย้อนกลับของ RNA Lentiviral สายเดี่ยวไปเป็น DNA ภายในโฮสต์^{[ 28 ]}

แม้ว่าเวกเตอร์ไวรัสเลนติจะไม่ก่อให้เกิดการอักเสบเป็นส่วนใหญ่^{[ 29 ]} แต่เวกเตอร์เหล่านี้ สามารถกระตุ้นการตอบสนองภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวที่แข็งแกร่งโดยเซลล์ T ชนิดไซโตท็อกซิก แบบหน่วยความจำ และเซลล์T ตัวช่วยได้^{[ 30 ]}ซึ่งส่วนใหญ่เป็นผลมาจากเวกเตอร์ไวรัสเลนติมีความชอบสูงต่อเซลล์เดนดริติกซึ่งจะกระตุ้นเซลล์ T ^{[ 30 ]}อย่างไรก็ตาม พวกมันสามารถติดเชื้อเซลล์นำเสนอแอนติเจนได้ทุกประเภท^{[ 31 ]}ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากพวกมันเป็นเวกเตอร์ไวรัสเรโทรเพียงชนิดเดียวที่สามารถถ่ายทอดยีนไปยังเซลล์ทั้งที่แบ่งตัวและไม่แบ่งตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้พวกมันเป็นแพลตฟอร์มวัคซีนที่มีแนวโน้มดีที่สุด^{[ 31 ]}พวกมันยังได้รับการทดลองใช้เป็นวัคซีนป้องกันมะเร็งอีกด้วย^{[ 32 ]}

เวกเตอร์ Lentiviral ถูกนำมาใช้ใน การบำบัด ในร่างกายเช่น การรักษาโรคทางพันธุกรรมโดยตรง เช่น โรคฮีโมฟีเลีย บีและสำหรับ การรักษา ภายนอกร่างกายเช่น การปรับเปลี่ยนเซลล์ภูมิคุ้มกันในการบำบัดด้วยเซลล์ CAR T ^{[ 24 ]}ในปี 2017 สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกา (FDA) ได้อนุมัติtisagenlecleucelซึ่งเป็นเวกเตอร์ Lentiviral สำหรับโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดเฉียบพลัน^{[ 33 ]}

อะดีโนไวรัสเป็นไวรัสดีเอ็นเอสายคู่ที่อยู่ในวงศ์Adenoviridae [ ^{34 ] [ 35 ] จี}โนมที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ ประมาณ 30–45 กิโลเบส ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการส่งถ่ายสารพันธุกรรม^{[ 34 ]}เวกเตอร์อะดีโนไวรัสรุ่นใหม่สามารถบรรจุสารพันธุกรรมต่างประเทศได้มากถึง 37 กิโลเบส^{[ 36 ]}เวกเตอร์อะดีโนไวรัสแสดงประสิทธิภาพการถ่ายทอดและการแสดงออกของยีนที่ถ่ายทอดสูง และสามารถติดเชื้อได้ทั้งเซลล์ที่กำลังแบ่งตัวและเซลล์ที่ไม่แบ่งตัว^{[ 37 ]}

แคปซิดของอะดีโนไวรัส ซึ่งเป็นไอโคซาเฮดรอนมี "ปุ่ม" ไฟเบอร์อยู่ที่จุดยอดทั้ง 12 จุด โปรตีนไฟเบอร์เหล่านี้เป็นตัวกลางในการเข้าสู่เซลล์ ซึ่งส่งผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพและมีส่วนช่วยในการแพร่กระจายในวงกว้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านตัวรับค็อกแซคกี-อะดีโนไวรัส (CARs) ^{[ 34 ] [ 37 ]}เวกเตอร์อะดีโนไวรัสสามารถกระตุ้นการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันโดยกำเนิดและแบบปรับตัวได้อย่างแข็งแกร่ง^{[ 38 ]} ความสามารถ ในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันที่แข็งแกร่งนั้นเกิดจากการถ่ายทอดของเซลล์เดนดริติก (DC) โดยเพิ่มการแสดงออกของโมเลกุล MHC I และ II และกระตุ้น DC ^{[ 39 ]}พวกมันมีผลเสริมฤทธิ์ที่แข็งแกร่ง เนื่องจากแสดงรูปแบบโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับเชื้อโรค หลายรูป แบบ^{[ 38 ]}ข้อเสียอย่างหนึ่งคือ ภูมิคุ้มกันที่มีอยู่ก่อนแล้วต่ออะดีโนไวรัสซีโรไทป์นั้นพบได้ทั่วไป ซึ่งลดประสิทธิภาพลง^{[ 37 ] [ 40 ]}การใช้อะดีโนไวรัสของชิมแปนซีอาจช่วยแก้ปัญหานี้ได้^{[ 41 ]}

แม้ว่าการกระตุ้นการตอบสนองของภูมิคุ้มกันทั้งแบบดั้งเดิมและแบบปรับตัวจะเป็นอุปสรรคต่อการประยุกต์ใช้ในการรักษาหลายอย่าง แต่ก็ทำให้เวกเตอร์อะดีโนไวรัสเป็นแพลตฟอร์มวัคซีนที่เหมาะสม^{[ 35 ]}การตอบสนองทั่วโลกต่อการระบาดใหญ่ของ COVID-19 ทำให้เกิดการพัฒนาและการใช้วัคซีนเวกเตอร์อะดีโนไวรัสหลายชนิด รวมถึงSputnik VวัคซีนOxford–AstraZenecaและวัคซีนJanssen ^{[ 42 ]}

ไวรัสอะดีโนแอสโซซิเอต (AAVs) เป็นไวรัสดีเอ็นเอสายเดี่ยวขนาดค่อนข้างเล็กที่อยู่ในวงศ์Parvoviridaeและเช่นเดียวกับเวกเตอร์เลนติไวรัส AAVs สามารถติดเชื้อได้ทั้งเซลล์ที่กำลังแบ่งตัวและเซลล์ที่ไม่แบ่งตัว^{[ 43 ]}อย่างไรก็ตาม AAVs ต้องการ "ไวรัสช่วย" เช่น อะดีโนไวรัสหรือไวรัสเริมซิมเพล็กซ์เพื่อจำลองตัวเองภายในโฮสต์ แม้ว่าจะสามารถทำได้โดยอิสระหาก เกิด ความเครียดในเซลล์หรือเวกเตอร์มียีนของไวรัสช่วยอยู่^{[ 44 ]}

AAV จะแทรกตัวเองเข้าไปในตำแหน่งเฉพาะในจีโนมของโฮสต์ โดยเฉพาะAAVS1บนโครโมโซม 19ในมนุษย์ อย่างไรก็ตาม มีการออกแบบ AAV แบบรีคอมบิแนนท์ที่ไม่รวมเข้ากับจีโนมของโฮสต์ แต่จะถูกเก็บไว้ในรูปของอีพิโซม ซึ่งในเซลล์ที่ไม่แบ่งตัว สามารถคงอยู่ได้นานหลายปี^{[ 45 ]}ข้อเสียอย่างหนึ่งคือไม่สามารถบรรทุกสารพันธุกรรมต่างประเทศได้ในปริมาณมาก นอกจากนี้ ความจำเป็นในการแสดงออกของสายเสริมสำหรับจีโนมแบบสายเดี่ยวอาจทำให้การแสดงออกของทรานส์ยีนล่าช้า^{[ 45 ]}

ณ ปี 2020 มีการระบุซีโรไทป์ AAV ที่แตกต่างกัน 11 ชนิด ซึ่งแตกต่างกันตามโครงสร้างแคปซิดและผลที่ตามมาคือโทรพิซึม^{[ 43 ]}โทรพิซึมของเวกเตอร์ไวรัสอะดีโนแอสโซซิเอตสามารถปรับแต่งได้โดยการสร้างเวอร์ชันรีคอมบิแนนท์จากซีโรไทป์หลายชนิด ซึ่งเรียกว่าการสร้างซูโดไทป์^{[ 43 ]}เนื่องจากความสามารถในการติดเชื้อและเหนี่ยวนำให้เกิดผลกระทบที่ยาวนานภายในเซลล์ที่ไม่แบ่งตัว AAV จึงมักใช้ในการวิจัยประสาทวิทยาศาสตร์พื้นฐาน^{[ 46 ]}หลังจากการอนุมัติ AAV Alipogene tiparvovecในยุโรปในปี 2012 ^{[ 47 ]}ในปี 2017 FDA ได้อนุมัติการบำบัดยีนในร่างกายแบบ AAV ครั้งแรก คือvoretigene neparvovecซึ่งใช้รักษาโรคตาบอดแต่กำเนิด Leber ที่เกี่ยวข้องกับ RPE65 ^{[ 33 ]}ณ ปี 2020 มีการทดลองทางคลินิก 230 รายการที่ใช้การรักษาด้วย AAV ซึ่งกำลังดำเนินการอยู่หรือเสร็จสิ้นแล้ว^{[ 47 ]}

ไวรัส Vacciniaซึ่งเป็นไวรัสไข้ทรพิษเป็นอีกหนึ่งตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการพัฒนาเวกเตอร์ไวรัส^{[ 48 ]}การใช้ไวรัสนี้เป็นวัคซีนไข้ทรพิษซึ่งรายงานครั้งแรกโดยเอ็ดเวิร์ด เจนเนอร์ในปี 1798 นำไปสู่การกำจัดไข้ทรพิษและแสดงให้เห็นว่าไวรัส Vaccinia ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพในมนุษย์^{[ 49 ] [ 48 ]}ยิ่งไปกว่านั้น ขั้นตอนการผลิตที่พัฒนาขึ้นเพื่อผลิตวัคซีนไข้ทรพิษจำนวนมากอาจเร่งการผลิตเวกเตอร์ไวรัส Vaccinia ได้^{[ 50 ]}

วัคซีนมีจีโนม DNA ขนาดใหญ่และสามารถนำพา DNA ต่างประเทศได้มากถึง 40 kb ^{[ 49 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 51 ]}นอกจากนี้ วัคซีนยังมีโอกาสน้อยที่จะรวมเข้ากับจีโนมของโฮสต์ ซึ่งช่วยลดโอกาสในการเกิดมะเร็ง^{[ 51 ]}มีการพัฒนาสายพันธุ์ที่อ่อนแอลง ทั้งแบบที่จำลองตัวเองได้และแบบที่ไม่สามารถจำลองตัวเองได้^{[ 49 ]}แม้ว่าจะมีการศึกษาอย่างกว้างขวางเนื่องจากใช้ในการต่อต้านไข้ทรพิษ แต่ในปี 2019 หน้าที่ของจีโนมวัคซีน 50 เปอร์เซ็นต์ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ซึ่งอาจนำไปสู่ผลกระทบที่คาดเดาไม่ได้^{[ 52 ]}

ในฐานะแพลตฟอร์มวัคซีน เวกเตอร์วัคซีนแสดงการแสดงออกของยีนที่มีประสิทธิภาพสูงและสร้างการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันที่แข็งแกร่ง^{[ 50 ]}ไวรัสออกฤทธิ์เร็ว: วงจรชีวิตของมันสร้างวัคซีนลูกหลานที่โตเต็มที่ภายใน 6 ชั่วโมง และมีกลไกการแพร่กระจายของไวรัสสามแบบ^{[ 52 ]}วัคซีนยังมีผลเสริมฤทธิ์กระตุ้นการตอบสนองโดยธรรมชาติ ที่แข็งแกร่ง ผ่านตัวรับแบบโทลล์ไลค์ [ ^{50 ] อย่างไรก็ตาม}ข้อเสียเปรียบที่สำคัญที่อาจลดประสิทธิภาพลงได้คือภูมิคุ้มกันที่มีอยู่ก่อนแล้วต่อวัคซีนวัคซีนในผู้ที่ได้รับวัคซีนไข้ทรพิษ^{[ 50 ]}

ในบรรดาไวรัสเริม ทั้งเก้าชนิด ที่ติดเชื้อในมนุษย์ ไวรัสเริมซิมเพล็กซ์ 1 (HSV-1) เป็นไวรัสที่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดที่สุดและใช้เป็นพาหะไวรัสบ่อยที่สุด^{[ 53 ]} HSV-1 มีข้อดีหลายประการ ได้แก่ มีความสามารถในการติดเชื้อในวงกว้างและสามารถส่งมอบยาผ่านระบบการแสดงออกเฉพาะทาง^{[ 54 ]}นอกจากนี้ HSV-1 ยังสามารถข้ามผ่านกำแพงเลือดสมองได้หากถูกรบกวนทางการแพทย์ ทำให้สามารถกำหนดเป้าหมายโรคทางระบบประสาทได้ ยิ่งไปกว่านั้น HSV-1 ไม่รวมเข้ากับจีโนมของโฮสต์และสามารถบรรทุก DNA ต่างประเทศได้ในปริมาณมาก คุณสมบัติข้อแรกนี้ช่วยป้องกันการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตราย ซึ่งอาจเกิดขึ้นกับเวกเตอร์เรโทรไวรัสและเวกเตอร์อะดีโนแอสโซซิเอต มีการพัฒนาสายพันธุ์ที่ขาดการจำลองแบบ^{[ 55 ]}

ในปี 2015 talimogene laherparepvecซึ่งเป็นเวกเตอร์ HSV-1 ที่กระตุ้นการตอบสนองภูมิคุ้มกันต่อต้านเนื้องอก ได้รับการอนุมัติจาก FDA ให้ใช้รักษามะเร็งผิวหนัง [ ^{56 ] ณ}ปี 2020 เวกเตอร์ HSV-1 ได้ถูกนำมาใช้ในการทดลองกับมะเร็งซาร์โคมาและมะเร็งของสมอง ลำไส้ใหญ่ ต่อมลูกหมาก และผิวหนัง^{[ 57 ]}

ไซโตเมกาโลไวรัส (CMV) ซึ่งเป็นไวรัสเริม ได้รับการพัฒนาเพื่อใช้เป็นพาหะไวรัสด้วยเช่นกัน^{[ 58 ]} CMV สามารถติดเชื้อเซลล์ได้เกือบทุกชนิดและสามารถแพร่กระจายไปทั่วร่างกายได้ แม้ว่าวัคซีนที่ใช้ CMV เป็นพื้นฐานจะให้ภูมิคุ้มกันที่สำคัญต่อ SIV ซึ่งมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับ HIV ในลิงมาคาก แต่การพัฒนา CMV ให้เป็นพาหะที่เชื่อถือได้นั้นยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ณ ปี 2020 ^{[ 59 ] [ 60 ]}

ไวรัสพืชยังเป็นเวกเตอร์ไวรัสที่ได้รับการดัดแปลงเพื่อใช้ในการเกษตร พืชสวน และการผลิตทางชีวภาพ^{[ 61 ]}เวกเตอร์เหล่านี้ถูกนำมาใช้สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่การเพิ่มคุณภาพความสวยงามของพืชประดับไปจนถึงการควบคุมศัตรูพืชทางชีวภาพการแสดงออกของโปรตีนและเปปไทด์ลูกผสมอย่างรวดเร็ว และเพื่อเร่งการปรับปรุงพันธุ์พืช^{[ 62 ]}การใช้ไวรัสพืชที่ได้รับการดัดแปลงได้รับการเสนอเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของพืชและส่งเสริมการผลิตที่ยั่งยืน^{[ 12 ]}

Replicating virus-based vectors are typically used.^[63] RNA viruses used for monocots include wheat streak mosaic virus and barley stripe mosaic virus and, for dicots, tobacco rattle virus. Single-stranded DNA viruses like geminiviruses have also been utilized.^[63] Viral vectors can be administered to plants via several pathways termed "agro-inoculation", including via rubbing, a biolistic delivery system, agrospray, agroinjection, and even via insect vectors.^[64][62] However, Agrobacterium-mediated delivery of viral vectors—in which bacteria are transformed with plasmid DNA encoding the viral vector construct—is the most common approach.^[65]

Chimeric vectors combining both bacteriophages and eukaryotic viruses have been developed and are capable of infecting eukaryotic cells.^[66][67] Unlike eukaryotic virus-based vectors, such bacteriophage vectors have no innate tropism for eukaryotic cells, allowing them to be engineered to be highly specific for cancer cells.^[68]

Bacteriophage vectors are also commonly used in molecular biology.^[69] For instance, bacteriophage vectors are used in phage-assisted continuous evolution, promoting rapid mutagenesis of bacteria.^[70] Although limited to mycobacteriophages and some phages of gram-negative bacteria, bacteriophages can be used for direct cloning.^[71]

Viral vector manufacturing methods often vary by vector, although most utilize an adherent or suspension-based system with mammalian cells.^[72] For viral vector production on a smaller, laboratory setting, static cell culture systems like Petri dishes are typically used.^[73]

เทคนิคที่ใช้ในห้องปฏิบัติการนั้นยากต่อการขยายขนาด จึงต้องใช้วิธีการที่แตกต่างกันในระดับอุตสาหกรรม^{[ 72 ]}ผู้ผลิตมักใช้ระบบเพาะเลี้ยงแบบใช้แล้วทิ้งขนาดใหญ่และเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ^{[ 72 ] ภาชนะเช่นที่มีพื้นผิวที่ก๊าซสามารถซึมผ่านได้ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของการเพาะเลี้ยงเซลล์และหน่วยการส่งผ่านสารละลายให้สูงสุด [ 72 ]}ขึ้น^{อยู่กับภาชนะ}ไวรัสสามารถแยกได้โดยตรงจากสารละลายส่วนบนหรือแยกได้ผ่านการสลายตัวทางเคมีของเซลล์ที่เพาะเลี้ยงหรือไมโครฟลูอิไดเซชัน^{[ 74 ]}ในปี 2017 หนังสือพิมพ์ The New York Timesรายงานว่ามีการผลิตไวรัสที่ไม่ทำงานค้างอยู่จำนวนมาก ทำให้การทดลองการบำบัดด้วยยีนบางอย่างล่าช้าไปหลายปี^{[ 75 ]}

การสร้างเวกเตอร์ไวรัสตัวแรกของพอล เบิร์ก ในปี 1972 นำไปสู่ การประชุมอาซิโลมาร์ซึ่งได้กำหนดให้มีการระงับการวิจัยดีเอ็นเอลูกผสมเป็นการ ชั่วคราว

ในปี พ.ศ. 2515 พอล เบิร์กนักชีวเคมีจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดได้พัฒนาเวกเตอร์ไวรัสตัวแรก โดยนำ DNA จากแลมบ์ดาฟาจมาใส่ในโพลีโอไวรัสSV40เพื่อติดเชื้อเซลล์ไตที่เลี้ยงในวัฒนธรรม^{[ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]}ผลกระทบจากความสำเร็จนี้ทำให้บรรดานักวิทยาศาสตร์อย่างโรเบิร์ต พอลแล็คกังวลใจ เขาจึงโน้มน้าวให้เบิร์กไม่นำ DNA จาก SV40 เข้าสู่E. coliผ่านเวกเตอร์แบคทีริโอฟาจ พวกเขากลัวว่าการนำยีนที่ก่อให้เกิดมะเร็งของ SV40 เข้าไปจะสร้างสายพันธุ์แบคทีเรียที่ก่อให้เกิดมะเร็ง^{[ 79 ] [ 80 ]}ความกังวลเหล่านี้และความกังวลอื่นๆ ในสาขาดีเอ็นเอลูกผสม ที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ นำไปสู่การประชุม Asilomarในปี พ.ศ. 2518 ซึ่งผู้เข้าร่วมประชุมตกลงที่จะระงับ การ โคลนนิ่งดีเอ็นเอ โดยสมัครใจ ^{[ 81 ]}

ในปี พ.ศ. 2520 สถาบันสุขภาพแห่งชาติ (NIH) ได้ออกแนวทางอย่างเป็นทางการที่จำกัดการโคลนนิ่ง DNA ของไวรัสไว้ภายใต้ เงื่อนไข BSL-4 ที่เข้มงวด ซึ่งในทางปฏิบัติแล้วเป็นการป้องกันการวิจัยดังกล่าว อย่างไรก็ตาม NIH ได้ผ่อนคลายกฎเหล่านี้ในปี พ.ศ. 2522 อนุญาตให้Bernard Mossพัฒนาเวกเตอร์ไวรัสโดยใช้วัคซีน[ ^{81 ] ใน}ปี พ.ศ. 2525 Moss ได้รายงานการใช้เวกเตอร์ไวรัสครั้งแรกสำหรับการแสดงออกของยีนชั่วคราว^{[ 18 ]}ในปีต่อมา Moss ได้ใช้เวกเตอร์วัคซีนเพื่อแสดง แอนติเจนไวรัส ตับอักเสบ Bทำให้เกิดวัคซีนเวกเตอร์ไวรัสตัวแรก^{[ 22 ]}

แม้ว่าความพยายามในการบำบัดด้วยยีนที่ล้มเหลวโดยใช้ ไวรัส Shope papillomaชนิดป่าจะเกิดขึ้นตั้งแต่ปี 1972 แล้วก็ตามMartin Clineได้พยายามทำการบำบัดด้วยยีนครั้งแรกโดยใช้ DNA ลูกผสมในปี 1980 ซึ่งพิสูจน์แล้วว่าไม่ประสบความสำเร็จ^{[ 83 ] [ 11 ]}ในช่วงทศวรรษ 1990 เมื่อมีการระบุลักษณะของโรคทางพันธุกรรมเพิ่มเติมและเทคโนโลยีเวกเตอร์ไวรัสดีขึ้น ก็มีความมองโลกในแง่ดีเกินไปเกี่ยวกับความสามารถของเทคโนโลยี การทดลองทางคลินิกหลายครั้งพิสูจน์แล้วว่าล้มเหลว^{[ 84 ]}อย่างไรก็ตามก็มีความสำเร็จอยู่บ้าง เช่น การบำบัดด้วยยีนที่มีประสิทธิภาพครั้งแรกสำหรับภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่องอย่างรุนแรง (SCID) ซึ่งใช้เวกเตอร์เรโทรไวรัส^{[ 11 ]}

อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการทดลองทางคลินิกในปี 1999 ที่ มหาวิทยาลัย เพนซิลเวเนียเจสซี เกลซิงเกอร์เสียชีวิตจากปฏิกิริยาร้ายแรงต่อการบำบัดด้วยยีนโดยใช้เวกเตอร์อะดีโนไวรัส^{[ 82 ] [ 84 ]}นับเป็นการเสียชีวิตครั้งแรกที่เกี่ยวข้องกับการบำบัดด้วยยีนทุกรูปแบบ^{[ 85 ]}ด้วยเหตุนี้ FDA จึงระงับการทดลองบำบัดด้วยยีนทั้งหมดที่มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียและตรวจสอบอีก 60 แห่งทั่วสหรัฐอเมริกา^{[ 85 ]}บทบรรณาธิการนิรนามในNature Medicineตั้งข้อสังเกตว่านี่เป็น "การสูญเสียความบริสุทธิ์" ของเวกเตอร์ไวรัส^{[ 84 ]}หลังจากนั้นไม่นาน ชื่อเสียงของสาขานี้ก็เสียหายมากขึ้นเมื่อเด็ก 5 คนที่ได้รับการรักษาด้วยการบำบัดด้วยยีน SCID เกิดโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวเนื่องจากปัญหาเกี่ยวกับเวกเตอร์เรโทรไวรัส^{[ 84 ] [หมายเหตุ 1 ]}

เวกเตอร์ไวรัสกลับมาได้รับความนิยมอีกครั้งเมื่อถูกนำมาใช้ใน การส่งยีนสร้างเม็ดเลือด นอกร่างกายในทางคลินิก ได้สำเร็จ ^{[ 86 ]}ในปี 2546 ประเทศจีนได้อนุมัติการบำบัดด้วยยีนครั้งแรกสำหรับการใช้งานทางคลินิก คือGendicineซึ่งเป็นเวกเตอร์อะดีโนไวรัสที่เข้ารหัสp53 [ ^{87 ] [ 88 ] ใน}ปี 2555 สหภาพยุโรปได้อนุมัติการบำบัดด้วยยีนเป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นเวกเตอร์อะดีโนไวรัสที่เกี่ยวข้อง^{[ 89 ]}ในช่วงการระบาดของ COVID-19วัคซีนเวกเตอร์ไวรัสถูกนำมาใช้ในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน โดยมีการฉีดให้กับผู้คนหลายพันล้านคน^{[ 90 ] [ 22 ]}ณ ปี 2565 การบำบัดด้วยยีนที่ได้รับการอนุมัติทั้งหมดใช้เวกเตอร์ไวรัสเป็นพื้นฐาน และมีการทดลองทางคลินิกเวกเตอร์ไวรัสมากกว่า 1,000 รายการที่มุ่งเป้าไปที่มะเร็งกำลังดำเนินการอยู่^{[ 86 ]}

ในภาพยนตร์ เวกเตอร์ไวรัสมักถูกแสดงให้เห็นว่าก่อให้เกิดการระบาดใหญ่และหายนะทางอารยธรรมโดยไม่ตั้งใจ^{[ 91 ]}ภาพยนตร์เรื่องI Am Legend ในปี 2007 แสดงให้เห็นเวกเตอร์ไวรัสที่มุ่งเป้าไปที่มะเร็งว่าเป็น ต้นเหตุของ การระบาดของซอมบี้^{[ 92 ] [ 93 ]}ในทำนองเดียวกัน การบำบัดด้วยเวกเตอร์ไวรัสสำหรับโรคอัลไซเมอร์ใน ภาพยนตร์เรื่อง Rise of the Planet of the Apes (2011) กลายเป็นเชื้อโรคที่ร้ายแรงและก่อให้ เกิด การลุกฮือของลิง ภาพยนตร์เรื่องอื่นๆ ที่มีเวกเตอร์ไวรัส ได้แก่The Bourne Legacy (2012) และResident Evil: The Final Chapter (2016) ^{[ 94 ]}วัคซีนเวกเตอร์ไวรัสรูปแบบขั้นสูงเป็นองค์ประกอบสำคัญของเรื่องราวในภาพยนตร์เรื่อง Jurassic World Dominion (2022) ซึ่งใช้ในการรักษาความผิดปกติทางพันธุกรรมของตัวละคร และต่อมาใช้เพื่อหยุดวิกฤตการณ์ทางนิเวศวิทยาที่มนุษย์สร้างขึ้น