Las nanopartículas virales para<em> En vivo</em> Imágenes de tumores
Summary
Nanopartículas de plantas virales (VNPs) son prometedoras plataformas para aplicaciones en biomedicina. A continuación, se describen los procedimientos para la propagación de plantas VNP, purificación, caracterización y bioconjugación. Finalmente, mostramos la aplicación de VNPs para la recalada del tumor y la formación de imágenes mediante un modelo de xenotrasplante de ratón y de imágenes de fluorescencia.
Abstract
El uso de nanomateriales tiene el potencial de revolucionar la medicina y ciencia de los materiales. Actualmente, un número de diferentes nanopartículas están siendo investigados para aplicaciones en la formación de imágenes y terapia. Nanopartículas virales (VNPs) derivados de plantas pueden ser considerados como auto-ensambladas bionanomaterials con tamaños definidos y formas. Los virus de plantas bajo investigación en el laboratorio de Steinmetz incluyen partículas icosaédricas formadas por virus del mosaico del caupí (CPMV) y el virus del mosaico de Brome (BMV), ambos de los cuales son 30 nm de diámetro. También estamos desarrollando estructuras en forma de varilla y filamentosas derivados de los virus de las plantas siguientes: virus del mosaico del tabaco (TMV), que forma varillas rígidas con unas dimensiones de 300 nm por 18 nm, y Potato virus X (PVX), que forman partículas filamentosas 515 nm de longitud y 13 nm de ancho (se remite al lector a las refs. 1 y 2 para obtener más información sobre VNPs).
<p class="jove_content"> Desde el punto de un científico de materiales de vista, VNPs son bloques de construcción atractivos por varias razones: las partículas son monodispersas, se puede producir con facilidad a gran escala en planta, son excepcionalmente estables, y biocompatible. También, VNPs son "programables" unidades, que pueden ser específicamente diseñados mediante modificación genética o métodos químicos bioconjugación 3. La estructura de VNPs se conoce a resolución atómica, y modificaciones pueden llevarse a cabo con precisión espacial a nivel atómico 4, un nivel de control que no se puede lograr utilizando nanomateriales sintéticos con estado actual de la técnica de las tecnologías.En este trabajo se describe la propagación de CPMV, PVX, TMV, y la BMV en Vigna ungiuculata y plantas de Nicotiana benthamiana. Protocolos de extracción y purificación para cada VNP se dan. Métodos para la caracterización de purificado y VNPs químicamente marcados se describen. En este estudio, nos centramos en chetiquetado emical de VNPs con fluoróforos (por ejemplo, Alexa Fluor 647) y polietilenglicol (PEG). Los colorantes de facilitar el seguimiento y la detección de los VNPs 5-10, y PEG reduce la inmunogenicidad de las nanopartículas proteináceos al tiempo que mejora su farmacocinética 8,11. Demostramos tumor homing de VNPs PEGilados utilizando un modelo de ratón xenograft tumor. Una combinación de imágenes de fluorescencia de tejidos ex vivo mediante Maestro del sistema de imágenes, la cuantificación de fluorescencia en tejidos homogeneizados, y la microscopía confocal se utiliza para estudiar la biodistribución. VNPs se eliminan a través del sistema reticuloendotelial (RES); tumor homing se logra pasivamente a través del aumento de la permeabilidad y retención (EPR) efecto 12. La nanotecnología VNP es un potente plug-and-play de tecnología para el tratamiento de la imagen y sitios de la enfermedad in vivo. Seguimos desarrollando VNPs para llevar cargas de drogas y restos de formación de imágenes clínicamente relevantes, así como ligandos específicos de tejido aorientar receptores moleculares sobreexpresa en el cáncer y la enfermedad cardiovascular.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo proporciona un método para la modificación química de VNPs y sus aplicaciones para la formación de imágenes de tumores in vivo. Las técnicas de formación de imágenes de fluorescencia de animales, la cuantificación de fluorescencia, y la inmunohistoquímica presentados aquí son útiles para el estudio de biodistribución y la evaluación de tumor homing. Estas técnicas proporcionan información valiosa con respecto al acceso de las nanopartículas en el tumor por el efecto EPR….
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por el NIH / NIBIB subvenciones R00 EB009105 (para NFS) y EB011317 P30 (para NFS), un NIH / NIBIB formación de subvención T32 EB007509 (a AMW), un Case Western Reserve University Interdisciplinario Alliance Investment Grant (para NFS), y Un Caso Comprehensive Cancer Center subvención P30 CA043703 (para NFS). Agradecemos a los investigadores de laboratorio Steinmetz pregrado de estudiantes para sus prácticas en el apoyo: Nadia Ayat, Kevin Chen, Sourav (Sid) Dey, Alice Yang, Sam Alexander, Craig D'Cruz, Hern Stephen Randolph Lauren, Brian lo tanto, Pablo y 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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