공장 바이러스 나노 입자 (VNPs)은 생물 의약의 응용 프로그램 플랫폼을 약속하고 있습니다. 여기, 우리는 공장 VNP 전파, 정화, 특성화 및 bioconjugation에 대한 절차를 설명합니다. 마지막으로, 우리는 마우스 이종 이식 모델과 형광 이미징을 사용하여 종양 추적 및 이미징을위한 VNPs의 응용 프로그램을 보여줍니다.
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공장 바이러스 나노 입자 (VNPs)은 생물 의약의 응용 프로그램 플랫폼을 약속하고 있습니다. 여기, 우리는 공장 VNP 전파, 정화, 특성화 및 bioconjugation에 대한 절차를 설명합니다. 마지막으로, 우리는 마우스 이종 이식 모델과 형광 이미징을 사용하여 종양 추적 및 이미징을위한 VNPs의 응용 프로그램을 보여줍니다.
나노 소재의 사용은 재료 과학 및 의학에 혁명을 할 수있는 가능성이 있습니다. 현재, 서로 다른 나노 입자의 수는 이미징 및 치료에 응용 프로그램에 조사하고 있습니다. 식물에서 파생 바이러스 성 나노 입자 (VNPs)가 정의 크기와 모양으로 자기 조립 bionanomaterials으로 간주 할 수 있습니다. Steinmetz 연구실에서 조사중인 공장 바이러스는 직경 30 nm의 아르 둘 다 Cowpea 모자이크 바이러스 (CPMV)와 Brome 모자이크 바이러스 (BMV)에 의해 형성 icosahedral 입자가 포함되어 있습니다. 우리는 또한 다음과 같은 식물 바이러스로부터 파생 된 막대 모양과 filamentous 구조를 개발하고 있습니다 : 18 나노 미터로 300 nm의 크기, 그리고 filamentous 입자 515를 형성 감자 바이러스 X (PVX)로 강성 봉을 형성 담배 모자이크 바이러스 (TMV), 길이, 폭 13 나노 미터의 나노 미터는 (독자는 심판이 판결이라고합니다. VNPs에 대한 자세한 내용은 1, 2).
planta에 대규모로 쉽게 제작 할 수 매우 안정적이고 biocompatible 있습니다. 또한, VNPs는 특히 유전자 변형 또는 화학 bioconjugation 방법 3을 사용 설계 할 수 있습니다 "프로그램"단위입니다. VNPs의 구조는 원자 해상도로 알려져 있으며, 수정은 원자 레벨 4, 현재의 최첨단 기술과 합성 나노 소재를 사용하여 달성 할 수없는 제어 수준의 공간적 정밀도로 수행 할 수 있습니다.
이 논문에서, 우리는 CPMV, PVX, TMV, 그리고 Vigna ungiuculata와 Nicotiana benthamiana 공장에서 BMV의 전파에 대해 설명합니다. 각 VNP에 대한 추출 및 정제 프로토콜은 주어집니다. 정화되고 화학적으로 라벨이 표시된 VNPs의 특성에 대한 방법은 설명되어 있습니다. 본 연구에서는, 우리는 채널에 초점을emical fluorophores과 VNPs의 라벨 (예를 들면, 알렉사 형석 647) 및 폴리에틸렌 글리콜 (PEG). 염료는 추적 및 5-10 VNPs의 확인을 용이하게하고, 자신의 pharmacokinetics 8,11을 향상하는 동안 PEG는 proteinaceous 나노 입자의 immunogenicity을 감소시킨다. 우리는 마우스 이종 이식 종양 모델을 사용 PEGylated VNPs의 유도 종양을 보여줍니다. 마에스트로 이미징 시스템을 사용하여 조직 예 생체의 형광 이미징, 균질 조직의 형광 정량화하고, 공 촛점 현미경의 조합이 biodistribution을 연구하는 데 사용됩니다. VNPs는 reticuloendothelial 시스템 (RES)를 통해 해제되며, 추적 종양이 향상된 투자율 및 유지 (EPR) 효과를 통해 수동적으로 12 달성된다. VNP의 나노 기술은 강력한 플러그 앤 플레이 이미지에 기술하고 생체 내 질병의 사이트를 취급합니다. 우리는 더에 약물 cargos 및 임상 - 관련 영상 moieties뿐만 아니라 조직 별 리간드를 수행 할 VNPs를 개발하고 있습니다암과 심장 혈관 질환에 overexpressed 분자 수용체를 타겟팅합니다.
1. VNP (CPMV, BMV, PVX, 그리고 TMV) 전파
| CPMV | PVX, TMV, 그리고 BMV |
| 일 0 : 공장 3 cowpea 씨앗 / 화분. | 일 0 : 공장 ~ 30 N. benthamiana 씨 / 냄비. 1 큰술 비료 / 5 L의 물을 일주일에 한 번 비옥. |
| 일 14 : 1 공장 / 냄비에서 다시 냄비 N. benthamiana. | |
| 10 일 : 감염은 카보 런덤의 살충제 빛을 사용하여 기계 접종하여 CPMV (5 μg/50 μl / 잎)를 기본 잎을 남긴다. | 일 28 : 감염 3 F필자는 카보 런덤의 살충제 빛을 사용하여 기계 접종하여 PVX, TMV, 또는 BMV (5 μg/50 μl / 잎)로 출발합니다. |
| 일 20 : 수확 잎과 -80에 저장 ° C. | 일 42 : 수확 잎과 -80에 저장 ° C. |
성장 감염, 그리고 잎을 수확을위한 표 1. 타임 라인.
참고 : CPMV 전파가 예제로 증명된다.
2. VNP (CPMV, BMV, PVX, 그리고 TMV) 정화
참고 : 모든 단계는 얼음 또는 4에서 수행되는 ° C.
| CPMV 및 TMV | 0.1 M의 칼륨 인산 버퍼 (산도 7.0) 38.5 MM KH 2 PO 4 61.5 MM K 2 HPO 4 |
| PVX | 0.5 M borate 버퍼 (산도 7.8) 0.5 M 붕소의 산성 NaOH로 pH를 조정 |
| BMV | 사마 버퍼 (산도 4.5) 250 MM 나트륨 아세테이트 10 MM MgCl 2 이 MM β-메르 캅토 에탄올 (신선한 추가) |
표 2. 각 VNP에 대한 버퍼 및 요리법.
참고 : CPMV 전파가 예제로 증명된다.
3. VNP (CPMV, BMV, PVX, 그리고 TMV) 특성
4. PEG와 Fluorophores, 정제 및 특성과 VNPs의 화학 결합
5. 마우스 이종 이식 모델을 사용하여 종양 타겟팅 및 이미징
참고 : 라이브 동물과 조직 문화 실험과 연구가 증명되지 않습니다. 손 -에 시범 조직 처리 및 데이터 수집으로 제한됩니다. HT-29 종양의 이종 이식 모델에서 참조를 들어, 리더는 심판이라고합니다. 19
세 기술은 VNPs의 유도 종양을 평가하는 데 사용됩니다 :
참고 :이 절차는 증명되지 않습니다 대리인 데이터는 그림 8에 표시됩니다. immunohistochemistry와 설명 착색 방법에 대한 참조를 들어, 리더는 심판이라고합니다. 19
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그림 1. 식물 바이러스에 감염된 식물. CPMV에 감염된 Vigna unguiculata 식물 (A). PVX (B), TMV (C) 및 BMV (D)에 감염된 Nicotiana benthamiana 식물. 사진은 기계적 접종 후 약 10일째에 촬영되었습니다.
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이 프로토콜은 생체 종양 이미징에 대한 VNPs 및 응용 프로그램의 화학 조작을위한 접근 방식을 제공합니다. 여기에 제시된 동물 형광 이미징, 형광 정량화 및 immunohistochemistry 기술 biodistribution을 공부하고 종양 추적 평가하는 데 유용합니다. 이 기술은 EPR 효과를 통해 종양에 나노 입자의 접근에 관한 귀중한 정보를 제공합니다. 다양한 분석 방법의 결과를 결합하여, 우리는 VNPs의 지역화와 biodistribution을 평가하기위한 강력한 방법을.
이러한 연구는 그러나 수행 할 수 있습니다 전에, 순수한 바이러스 준비를 얻기 위해 필수적입니다. 이외에도 기계 접종에서 VNP 전파에 대한 가능한 대안은 높은 변화와 축적 속도를 가질 수 agroinfiltration입니다. VNPs를 전파 할 때주의가 별도의 t와 같은 다른 바이러스에 감염된 식물을 유지하기 이동해야합니다교차 오염을 방지 O. 특히, TMV는 ...
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관심 없음 충돌이 선언 없습니다.
이 작품은 NIH / NIBIB 보조금 R00 EB009105 (NFS로)와 P30 EB011317 (NFS에), NIH / NIBIB 훈련 보조금 T32 EB007509 (AMW에), 케이스 웨스턴 리저브 대학의 학제 연합 투자 기금 (NFS로)에 의해 지원되었다 및 사례 종합 암 센터 보조금 P30 CA043703 (NFS로). 우리는의 Steinmetz 연구실 학부 학생 연구원에게 감사 실질적인 지원 : 나디아 Ayat, 케빈 첸, Sourav (SID) 데이, 앨리스 양 샘 알렉산더, 크레이그 D' 크루즈 스티븐 왜가리, 로렌 랜돌프, 브라이언 그래서 바울 Chariou .
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| VNP 생산 | |||
| 실내 식물 생장 챔버 | Percival Scientific | E-41L2 | |
| V. unguiculata 종자 (California black-eye no. 5) | 버피 | 51771A | |
| N. benthamiana 종자 | N. benthamiana 종자는 Salk Institute에서 제공받았습니다. 종자는 식물 증식을 통해 생산됩니다. | ||
| 카보런덤 | Fisher | C192-500 | |
| Pro-mix BX 배양토 | Premier Horticulture | 713400 | |
| Jack's Professional 20-10-20 Peat-Lite 비료 | JR Peters | 77860 | |
| 장비 | |||
| 50.2 Ti 로터 | Beckman | 337901 | |
| SW 32 티타늄 로터 | Beckman | 369694 | |
| Optima L-90K 초고속 원심분리기 | Beckman | 365672 | |
| SLA-3000 로터 | Thermo Scientific | 07149 | |
| SS-34 로터 | Thermo Scientific | 28020 | |
| Sorvall RC-6 Plus 원심분리기 | Thermo Scientific | 46910 | |
| 폴리프로필렌 병 | Beckman | 355607 | SLA-3000 로터용 |
| 폴리카보네이트 병 | Beckman | 357002 | SS-34 로터용 |
| 초투명 튜브 | Beckman | 344058 | 수크로스 밀도 구배 및 SW 32 Ti 로터용 |
| 폴리카보네이트 병 | Beckman | 355618 | 펠릿팅 및 50.2 Ti 로터용 |
| NanoDrop 분광광도계 | Thermo Scientific | NanoDrop2000c | |
| PowerEase 500 프리캐스트 겔 시스템 | Invitrogen | EI8675EU | |
| Superose 6 10/300 GL (24 ml) 크기 배제 크로마토그래피 컬럼 | GE Healthcare | 17-5172-01 | |
| ÄKTA Explorer 100 크로마토그래프 | GE Healthcare | 28-4062-66 | |
| Allegra X-12R | Beckman | 392302 | 벤치탑 원심분리기 |
| 크라이오스탯 | Leica | CM1850 | |
| Maestro 2 | Caliper Life Sciences | 생체 내(In vivo) 영상 시스템 | |
| 조직 파쇄기 | Biospec Products | 985370-395 | |
| 마이크로플레이트 리더 | Tecan | Infinite-200 | |
| 투과 전자 현미경 | ZEISS | Libra 200FE | |
| FluoView 레이저 스캐닝 공초점 현미경 | Olympus | FV1000 | |
| 화학 물질 및 시약 | |||
| 3-에티닐아닐린 | Sigma Aldrich | 498289-5G | |
| 384-웰 블랙 플레이트 | BD Biosciences | 353285 | |
| 4-12% Bis-Tris NuPAGE SDS 겔 | Invitrogen | NP0321BOX | |
| 4X LDS 샘플 버퍼 | Invitrogen | NP0008 | |
| 아세트산 | Fisher | A385-500 | |
| 아세토니트릴 | Sigma Aldrich | 271004-1L | |
| Alexa Fluor 647 azide | Invitrogen | A10277 | |
| Alexa Fluor 647 카복실산, 숙신이미딜 에스테르 | Invitrogen | A20006 | |
| Amicon Ultra-0.5 ml 원심분리 필터 | Millipore | UFC501096 | 10 kDa 분자량 컷오프 |
| 아미노구아니딘 염산염 | Acros Organics | 36891-0250 | |
| 붕산 | Fisher | A74-500 | |
| Coomassie Brilliant Blue R-250 | Fisher | BP101-25 | |
| CsCl | Acros Organics | 42285-1000 | |
| DAPI | MP Biomedicals | 157574 | |
| 디메틸 설폭사이드 | Fisher | BP231-100 | |
| 거름종이 | Fisher | 09-801K | P5 등급 |
| FITC 표지 항-마우스 CD31 항체 | BioLegend | 102406 | |
| 염소 혈청 | Invitrogen | 16210-064 | |
| KCl | Fisher | BP366-500 | |
| L-아스코르빈산 나트륨염 | Acros Organics | 35268-0050 | |
| 메탄올 | Fisher | A412P-4 | |
| MgCl₂2 | Fisher | BP214-500 | |
| 현미경 슬라이드 | Fisher | 12-544-3 | |
| 현미경 커버 글라스 | VWR | 48366-277 | |
| MOPS 완충액 | Invitrogen | NP0001 | |
| mPEG-mal | 나노캡슐 | PG1-ML-2k | 분자량 2000 |
| mPEG-N3 | 나노결정 | PG1-AZ-5k | 분자량 5000 |
| mPEG-NHS | 나노입자 | PG1-SC-5k | 분자량 5000 |
| NaCl | Fisher | BP358-212 | |
| Oregon Green 488 succinimidyl ester 6-이성질체 | Invitrogen | O-6149 | |
| p-톨루엔술폰산 일수화물 | Acros Organics | 13902-0050 | |
| 봉입제 | Fisher | SP15-100 | |
| 인산수소칼륨 | Fisher | BP363-1 | |
| 인산일칼륨 | Fisher | BP362-1 | |
| 아세트산 나트륨 | Fisher | BP333-500 | |
| 아질산나트륨 | Acros Organics | 42435-0050 | |
| 아황산나트륨 | Amresco | 0628-500G | |
| 자당 | Fisher | S6-500 | |
| TEM 그리드 | Ted Pella | FCF-400Cu | |
| Tris base | Fisher | BP152-500 | |
| Triton X-100 | EMD Chemicals | TX1568-1 | |
| β-메르캅토–에탄올 | Fisher | O3446I-100 | |
| 조직 배양 | |||
| 태아 송아지 혈청 | Invitrogen | 12483-020 | |
| 혈구계수기 | Fisher | 0267110 | |
| HT-29 세포 | ATCC | HTB-38 | |
| L-글루타민 | Invitrogen | 25030-080 | |
| 인산완충생리식염수(PBS) | Cellgro | 21-040-CV | |
| 페니실린-스트렙토마이신 | Invitrogen | 10378-016 | |
| RPMI-1640 | Invitrogen | 31800-089 | |
| 조직 배양 플라스크 | Corning | 431080 | 175 cm2 |
| 트리판 블루 | Thermo Scientific | SV30084.01 | |
| 트립신, 0.05% (1X) with EDTA 4Na, 액상 | Invitrogen | 25300-054 | |
| 동물 실험 | |||
| 18% 단백질 설치류 사료 | Harlan Teklad | Teklad Global 2018S | 알팔파 제거 식이 |
| 인슐린 주사기 | BD Biosciences | 329410 | 28게이지 |
| 이소플루레인 | Baxter | AHN3637 | |
| 매트리젤 매트릭스 기저막 | BD Biosciences | 356234 | |
| NCR nu/nu 마우스 | CWRU 단과대학 의과대학 무균 동물 및 이종 이식 핵심 시설 | ||
| 멸균 주사기 | BD Biosciences | 305196 | 18 1/2 게이지 |
| Tissue-Tek CRYO-OCT 화합물 | Andwin Scientific | 4583 |
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