Nanocząsteczki wirusowe do obrazowania guzów in vivo

Amy M. Wen; Karin L. Lee; Ibrahim Yildiz; Michael A. Bruckman; Sourabh Shukla; Nicole F. Steinmetz

doi:10.3791/4352

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Nanocząsteczki wirusowe do obrazowania guzów in vivo

17K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/4352

⸱

16 listopada 2012

Amy M. Wen¹ , Karin L. Lee¹ , Ibrahim Yildiz¹ , Michael A. Bruckman¹ , Sourabh Shukla¹ , Nicole F. Steinmetz²

¹Department of Biomedical Engineering, Case Western Reserve University , ²Department of Biomedical Engineering, Radiology, and Materials Science and Engineering, Case Western Reserve University

W tym artykule

Podsumowanie

Nanocząstki wirusowe pochodzenia roślinnego (VNPs) stanowią obiecujące platformy do zastosowań w biomedycynie. W niniejszym materiale opisujemy procedury propagacji, oczyszczania, charakteryzacji oraz biokoniugacji roślinnych VNP. Na koniec przedstawiamy zastosowanie VNP w celowanym dostarczaniu do guzów oraz obrazowaniu z wykorzystaniem modelu ksenoprzeszczepu u myszy i obrazowania fluorescencyjnego.

Streszczenie

Wykorzystanie nanomateriałów ma potencjał, by zrewolucjonizować inżynierię materiałową i medycynę. Obecnie badana jest szereg różnych nanocząsteczek pod kątem zastosowań w obrazowaniu i terapii. Wirusowe nanocząsteczki (VNPs) pochodzące z roślin można uznać za samoskładające się bionanomateriały o określonych rozmiarach i kształtach. Wirusy roślinne badane w laboratorium Steinmetza obejmują cząsteczki ikosaedryczne tworzone przez Cowpea mosaic virus (CPMV) oraz Brome mosaic virus (BMV), z których oba mają średnicę 30 nm. Opracowujemy również struktury pręcikowe i nitkowate pochodzące z następujących wirusów roślinnych: Tobacco mosaic virus (TMV), który tworzy sztywne pręciki o wymiarach 300 nm na 18 nm, oraz Potato virus X (PVX), który tworzy cząsteczki nitkowate o długości 515 nm i szerokości 13 nm (czytelnika odsyłamy do ref. ¹ i ² w celu uzyskania dalszych informacji na temat VNPs).

Z punktu widzenia inżyniera materiałowego VNPs są atrakcyjnymi modułami budulcowymi z kilku powodów: cząstki te są monodyspersyjne, mogą być z łatwością produkowane na dużą skalę in planta, są wyjątkowo stabilne i biokompatybilne. Ponadto VNPs są jednostkami „programowalnymi”, które można specyficznie modyfikować za pomocą inżynierii genetycznej lub metod biokoniugacji chemicznej ³. Struktura VNPs jest znana z rozdzielczości atomowej, a modyfikacje mogą być przeprowadzane z precyzją przestrzenną na poziomie atomowym⁴ – jest to poziom kontroli, którego nie można osiągnąć przy użyciu syntetycznych nanomateriałów z zastosowaniem obecnie dostępnych, najnowocześniejszych technologii.

W niniejszej pracy opisujemy propagację wirusów CPMV, PVX, TMV i BMV w roślinach Vigna ungiuculata oraz Nicotiana benthamiana. Przedstawiono protokoły ekstrakcji i oczyszczania dla każdego VNP. Opisano metody charakteryzacji oczyszczonych i chemicznie znakowanych VNP. W badaniu tym skupiamy się na znakowaniu chemicznym VNP fluoroforami (np. Alexa Fluor 647) oraz glikolem polietylenowym (PEG). Barwniki ułatwiają śledzenie i detekcję VNP ^5-10, a PEG zmniejsza immunogenność białkowych nanocząsteczek, jednocześnie poprawiając ich farmakokinetykę ^8,11. Wykazaliśmy celowanie do guza PEGylacji VNP z wykorzystaniem modelu mysiego ksenoprzeszczepu nowotworowego. Do badania biodystrybucji wykorzystano kombinację obrazowania fluorescencyjnego tkanek ex vivo przy użyciu systemu Maestro Imaging System, kwantyfikacji fluorescencji w homogenizowanych tkankach oraz mikroskopii konfokalnej. VNP są usuwane przez układ siateczkowo-ściśleczny (RES); celowanie do guza odbywa się biernie poprzez efekt zwiększonej przepuszczalności i retencji (EPR)¹². Nanotechnologia VNP jest potężną technologią typu plug-and-play do obrazowania i leczenia ognisk chorobowych in vivo. Dalsze prace nad VNP koncentrujemy na dostarczaniu ładunków leków i klinicznie istotnych grup obrazujących, a także ligandów specyficznych dla tkanek, aby celować w receptory molekularne nadmiernie ekspresowane w nowotworach i chorobach układu sercowo-naczyniowego.