Nanopartículas virais para<em> Em vivo</em> Imaging Tumor
Summary
Nanopartículas de plantas virais (VNPs) são promissoras plataformas para aplicações em biomedicina. Aqui, descrevemos os procedimentos para a propagação de plantas VNP, purificação, caracterização e bioconjugação. Por fim, mostramos a aplicação de VNPs para homing tumor e de imagem usando um modelo de xenoenxerto mouse e imagens de fluorescência.
Abstract
O uso de nanomateriais tem o potencial de revolucionar a ciência de materiais e medicamentos. Actualmente, um número de diferentes nanopartículas estão a ser investigados para aplicações em imagiologia e terapia. Nanopartículas virais (VNPs) derivados de plantas pode ser considerada de auto-montagem bionanomaterials com tamanhos e formas definidas. Vírus de plantas em estudo em laboratório Steinmetz incluem partículas formadas por icosaédrica Cowpea mosaic virus (CPMV) e vírus do mosaico Brome (BMV), ambos os quais são de 30 nm de diâmetro. Também estamos a desenvolver estruturas em forma de bastonete e filamentosas derivados de vírus de plantas os seguintes: vírus do mosaico do tabaco (TMV), o qual forma hastes rígidas com as dimensões de 300 nm por 18 nm, e os vírus da batata X (PVX), que formam as partículas filamentosas 515 nm de comprimento e 13 nm de largura (o leitor é remetido para refs. 1 e 2 para mais informações sobre VNPs).
<p class="jove_content"> Do ponto de um cientista de materiais da vista, VNPs são blocos de construção atractivos por diversas razões: as partículas são monodispersas, podem ser produzidos com facilidade em larga escala in planta, são excepcionalmente estáveis e biocompatíveis. Além disso, VNPs são "unidades programáveis", que podem ser especificamente modificados usando a modificação genética ou métodos químicos bioconjugação 3. A estrutura de VNPs é conhecida a resolução atómica, e modificações podem ser efectuadas com uma precisão espacial ao nível atómico 4, um nível de controle que não pode ser conseguido usando os nanomateriais sintéticos com correntes estado-da-arte.Neste artigo, descreve a propagação de CPMV, PVX, TMV e BMV em Vigna ungiuculata e plantas Nicotiana benthamiana. Extracção e purificação de protocolos para cada VNP são dadas. Métodos para caracterização da purificada e VNPs quimicamente marcados encontram-se descritos. Neste estudo, nos concentramos em chrotulagem emical de VNPs com fluoróforos (por exemplo, Alexa Fluor 647) e polietileno glicol (PEG). Os corantes de rastreamento e facilitar a detecção dos VNPs 5-10, e PEG reduz a imunogenicidade das nanopartículas proteicas enquanto melhora sua farmacocinética 8,11. Demonstramos tumor homing de VNPs peguilado utilizando um rato modelo de xenoenxerto de tumor. Uma combinação de imagens de fluorescência de tecidos ex vivo utilizando Maestro Imaging System, a quantificação da fluorescência em tecidos homogeneizados, e microscopia confocal é utilizada para estudar a biodistribuição. VNPs são limpas por meio do sistema reticuloendotelial (RES); tumor homing de forma passiva, através da maior permeabilidade e efeito de retenção (EPR) 12. A nanotecnologia VNP é um poderoso plug-and-play tecnologia para imagem e tratar locais de doença in vivo. Estamos aprofundar VNPs para transportar cargas de drogas e porções de imagem clinicamente relevantes, bem como tecido-específicos para ligandosalvo receptores moleculares overexpressed em câncer e doenças cardiovasculares.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo proporciona uma abordagem para a modificação química da VNPs e suas aplicações para a imagiologia de tumores in vivo. As técnicas de imagem de animais de fluorescência, quantificação de fluorescência, e imunohistoquímica aqui apresentadas são úteis para o estudo de biodistribuição e avaliar tumor homing. Estas técnicas proporcionam informação valiosa sobre o acesso das nanopartículas para o tumor, através do efeito EPR. Ao combinar os resultados dos vários métodos d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado pelo NIH / NIBIB bolsas R00 EB009105 (para NFS) e P30 EB011317 (para NFS), um NIH / NIBIB treinamento concessão T32 EB007509 (para AMW), um Case Western Reserve University Interdisciplinar Alliance Investment Grant (a NFS), E um caso Comprehensive Cancer Center concessão P30 CA043703 (para NFS). Agradecemos aos Steinmetz Lab pesquisadores estudantes de graduação para suas mãos no apoio: Nadia Ayat, Kevin Chen, Sourav (Sid) Dey, Alice Yang, Sam Alexander, Craig D'Cruz, Stephen Hern, Lauren Randolph, Brian Assim, e Paulo Chariou .
Materials
| Material Name | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| VNP production | |||
| Indoor plant chamber | Percival Scientific | E-41L2 | |
| V. unguiculata seeds (California black-eye no. 5) | Burpee | 51771A | |
| N. benthamiana seeds | N. benthamiana seeds were a gift from Salk Institute. Seeds are produced through plant propagation. | ||
| Carborundum | Fisher | C192-500 | |
| Pro-mix BX potting soil | Premier Horticulture | 713400 | |
| Jack’s Professional 20-10-20 Peat-Lite Fertilizer | JR Peters | 77860 | |
| Equipment | |||
| 50.2 Ti rotor | Beckman | 337901 | |
| SW 32 Ti rotor | Beckman | 369694 | |
| Optima L-90K ultracentrifuge | Beckman | 365672 | |
| SLA-3000 rotor | Thermo Scientific | 07149 | |
| SS-34 rotor | Thermo Scientific | 28020 | |
| Sorvall RC-6 Plus centrifuge | Thermo Scientific | 46910 | |
| Polypropylene bottle | Beckman | 355607 | For SLA-3000 rotor |
| Polycarbonate bottle | Beckman | 357002 | For SS-34 rotor |
| Ultra-Clear tube | Beckman | 344058 | For sucrose gradient and SW 32 Ti rotor |
| Polycarbonate bottle | Beckman | 355618 | For pelleting and 50.2 Ti rotor |
| NanoDrop spectrophotometer | Thermo Scientific | NanoDrop2000c | |
| PowerEase 500 pre-cast gel system | Invitrogen | EI8675EU | |
| Superose 6 10/300 GL (24 ml) size-exclusion column | GE Healthcare | 17-5172-01 | |
| ÄKTA Explorer 100 Chromatograph | GE Healthcare | 28-4062-66 | |
| Allegra X-12R | Beckman | 392302 | Benchtop centrifuge |
| Cryostat | Leica | CM1850 | |
| Maestro 2 | Caliper Life Sciences | In vivo imaging system | |
| Tissue-Tearor | Biospec Products | 985370-395 | |
| Microplate reader | Tecan | Infinite-200 | |
| Transmission electron microscope | ZEISS | Libra 200FE | |
| FluoView laser scanning confocal microscope | Olympus | FV1000 | |
| Chemicals and Reagents | |||
| 3-ethynylaniline | Sigma Aldrich | 498289-5G | |
| 384 well black plate | BD Biosciences | 353285 | |
| 4-12% Bis-Tris NuPAGE SDS gel | Invitrogen | NP0321BOX | |
| 4X LDS sample buffer | Invitrogen | NP0008 | |
| Acetic Acid | Fisher | A385-500 | |
| Acetonitrile | Sigma Aldrich | 271004-1L | |
| Alexa Fluor 647 azide | Invitrogen | A10277 | |
| Alexa Fluor 647 carboxylic acid, succinimidyl ester | Invitrogen | A20006 | |
| Amicon Ultra-0.5 ml Centrifugal Filters | Millipore | UFC501096 | 10 kDa cut-off |
| Aminoguanidine hydrochloride | Acros Organics | 36891-0250 | |
| Boric acid | Fisher | A74-500 | |
| Coomassie Brilliant Blue R-250 | Fisher | BP101-25 | |
| CsCl | Acros Organics | 42285-1000 | |
| DAPI | MP Biomedicals | 157574 | |
| Dimethyl sulfoxide | Fisher | BP231-100 | |
| Filter paper | Fisher | 09-801K | P5 grade |
| FITC anti-mouse CD31 | BioLegend | 102406 | |
| Goat serum | Invitrogen | 16210-064 | |
| KCl | Fisher | BP366-500 | |
| L-ascorbic acid sodium salt | Acros Organics | 35268-0050 | |
| Methanol | Fisher | A412P-4 | |
| MgCl2 | Fisher | BP214-500 | |
| Microscope slides | Fisher | 12-544-3 | |
| Microscope cover glass | VWR | 48366-277 | |
| MOPS buffer | Invitrogen | NP0001 | |
| mPEG-mal | Nanocs | PG1-ML-2k | MW 2000 |
| mPEG-N3 | Nanocs | PG1-AZ-5k | MW 5000 |
| mPEG-NHS | Nanocs | PG1-SC-5k | MW 5000 |
| NaCl | Fisher | BP358-212 | |
| Oregon Green 488 succinimidyl ester *6-isomer* | Invitrogen | O-6149 | |
| p-toluenesulfonic acid monohydrate | Acros Organics | 13902-0050 | |
| Permount | Fisher | SP15-100 | |
| Potassium phosphate dibasic | Fisher | BP363-1 | |
| Potassium phosphate monobasic | Fisher | BP362-1 | |
| Sodium acetate | Fisher | BP333-500 | |
| Sodium nitrite | Acros Organics | 42435-0050 | |
| Sodium sulfite | Amresco | 0628-500G | |
| Sucrose | Fisher | S6-500 | |
| TEM grid | Ted Pella | FCF-400Cu | |
| Tris base | Fisher | BP152-500 | |
| Triton X-100 | EMD Chemicals | TX1568-1 | |
| β-mercaptoethanol | Fisher | O3446I-100 | |
| Tissue Culture | |||
| Fetal bovine serum | Invitrogen | 12483-020 | |
| Hemocytometer | Fisher | 0267110 | |
| HT-29 cells | ATCC | HTB-38 | |
| L-glutamine | Invitrogen | 25030-080 | |
| PBS | Cellgro | 21-040-CV | |
| Penicillin-streptomycin | Invitrogen | 10378-016 | |
| RPMI-1640 | Invitrogen | 31800-089 | |
| Tissue culture flasks | Corning | 431080 | 175 cm2 |
| Trypan Blue | Thermo Scientific | SV30084.01 | |
| Trypsin, 0.05% (1X) with EDTA 4Na, liquid | Invitrogen | 25300-054 | |
| Animal Studies | |||
| 18% Protein Rodent Diet | Harlan Teklad | Teklad Global 2018S | Alfalfa free diet |
| Insulin syringe | BD Biosciences | 329410 | 28 gauge |
| Isoflurane | Baxter | AHN3637 | |
| Matrigel Matrix basement membrane | BD Biosciences | 356234 | |
| NCR nu/nu mice | CWRU School of Medicine Athymic Animal and Xenograft Core Facility |
||
| Sterile syringe | BD Biosciences | 305196 | 18 1/2 gauge |
| Tissue-Tek CRYO-OCT Compound | Andwin Scientific | 4583 |
References
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