Nanoparticelle virali per<em> In vivo</em> Imaging Tumore
Summary
Nanoparticelle vegetali virali (VNPs) sono promettenti piattaforme per le applicazioni in campo biomedico. Qui, descriviamo le modalità di propagazione delle piante VNP, purificazione, caratterizzazione e bioconjugation. Infine, mostriamo l'applicazione di VNPs per homing tumore e immagini utilizzando un modello di xenotrapianto mouse e imaging di fluorescenza.
Abstract
L'uso di nanomateriali ha il potenziale per rivoluzionare scienza dei materiali e della medicina. Attualmente, un certo numero di differenti nanoparticelle sono stati studiati per applicazioni di imaging e terapia. Nanoparticelle virali (VNPs) derivati da piante può essere considerata autoassemblati bionanomaterials con dimensioni e forme definite. Virus di piante in esame in laboratorio Steinmetz sono particelle formate icosaedrici dal virus del mosaico Cowpea (CPMV) e virus del mosaico Brome (BMV), entrambi i quali sono 30 nm di diametro. Stiamo anche sviluppando strutture a forma di bastoncello e filamentose derivati dai virus delle piante seguenti: virus del mosaico del tabacco (TMV), che costituisce aste rigide con dimensioni di 300 nm da 18 nm, e Virus X della patata (PVX), che formano le particelle filamentose 515 nm di lunghezza e 13 nm in larghezza (si rimanda il lettore al refs. 1 e 2 per ulteriori informazioni sulla VNPs).
<p class="jove_content"> Dal punto uno scienziato dei materiali di vista, VNPs sono elementi interessanti per diversi motivi: le particelle sono monodisperse, può essere prodotta con facilità su larga scala in planta, sono eccezionalmente stabili e biocompatibili. Inoltre, VNPs sono "programmabili" unità, che possono essere specificamente progettati utilizzando modificazione genetica o metodi chimici bioconjugation 3. La struttura di VNPs è noto risoluzione atomica, e modifiche possono essere effettuate con precisione spaziale a livello atomico 4, un livello di controllo che non può essere raggiunto utilizzando nanomateriali di sintesi con le attuali state-of-the-art.In questo articolo, si descrive la propagazione di CPMV, PVX, TMV, e BMV a Vigna ungiuculata e piante di Nicotiana benthamiana. Protocolli di estrazione e purificazione di ogni VNP sono dati. Metodi per la caratterizzazione dei purificato e VNPs chimicamente etichettati sono descritti. In questo studio, ci concentriamo su chetichettatura emical di VNPs con fluorofori (es. Alexa Fluor 647) e polietilenglicole (PEG). I coloranti facilitare il monitoraggio e la rilevazione dei VNPs 5-10, e PEG riduce immunogenicità delle nanoparticelle proteici migliorando loro farmacocinetica 8,11. Dimostriamo tumore homing di VNPs pegilati utilizzando un modello di topo xenotrapianto del tumore. Una combinazione di imaging di fluorescenza di tessuti ex vivo utilizzando Maestro Imaging System, quantificazione fluorescenza nei tessuti omogeneizzati, e microscopia confocale viene utilizzato per studiare biodistribuzione. VNPs vengono cancellati tramite il sistema reticolo-endoteliale (RES); tumore homing avviene passivamente attraverso la permeabilità maggiore e ritenzione (EPR) effetto 12. La nanotecnologia VNP è un potente plug-and-play della tecnologia per l'immagine e il trattamento di siti di malattia in vivo. Stiamo sviluppando ulteriormente VNPs portare carichi di droga e frazioni di imaging clinicamente rilevanti, così come tessuto-specifici ligandi dibersaglio i recettori molecolari sovraespresse nel cancro e malattie cardiovascolari.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo protocollo fornisce un approccio per la modifica chimica di VNPs e delle loro applicazioni per imaging in vivo del tumore. Le tecniche di imaging di fluorescenza animale, quantificazione fluorescenza, l'immunoistochimica e presentati in questa sede sono utili per lo studio di biodistribuzione e la valutazione del tumore homing. Queste tecniche forniscono informazioni importanti per quanto riguarda l'accesso delle nanoparticelle al tumore attraverso l'effetto EPR. Combinando i risultati dei va…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto da NIH / NIBIB sovvenzioni R00 EB009105 (per NFS) e P30 EB011317 (per NFS), il NIH / NIBIB formazione concessione T32 EB007509 (a AMW), un Case Western Reserve University Interdisciplinare Alliance Investment Grant (per NFS), e una causa Comprehensive Cancer Center di sovvenzione P30 CA043703 (per NFS). Ringraziamo i ricercatori laboratorio per studenti universitari Steinmetz per le loro mani-sul sostegno: Nadia Ayat, Kevin Chen, Sourav (Sid) Dey, Alice Yang, Sam Alexander, Craig D'Cruz, Stephen Hern, Lauren Randolph, Brian Quindi, e Paul 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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