Diese Arbeit wurde vom NIH / NIBIB Zuschüsse R00 EB009105 (NFS) und P30 EB011317 (NFS), ein NIH / NIBIB Ausbildungsförderung T32 EB007509 (um AMW), einem der Case Western Reserve University Interdisziplinäre Alliance Investment Grant (NFS) unterstützt, und ein Gehäuse Comprehensive Cancer Center Gewährung P30 CA043703 (NFS). Wir danken den Steinmetz Lab Bachelor-Student Forscher für ihre tatkräftige Unterstützung: Nadia Ayat, Kevin Chen, Sourav (Sid) Dey, Alice Yang, Sam Alexander, Craig D&#39;Cruz, Stephen Hern, Lauren Randolph, Brian So, und Paul Chariou .

Ein. VNP (CPMV, BMV, PVX und TMV) Propagation <ol><li> Stellen Sie die Indoor-Anlage Kammer steuert bis 15 h Tag (100% Licht, 25 ° C, 65% Luftfeuchtigkeit) und 9 h Nacht (0% Licht, 22 ° C, 60% Luftfeuchtigkeit). </li><li> Beimpfen Anlagen nach der Timeline in Tabelle 1. </li></ol><table border="1"><tbody><tr><td> CPMV </td><td> PVX, TMV und BMV </td></tr><tr><td rowspan="2"> Tag 0: Plant 3 cowpea Samen / Topf. </td><td> Tag 0: Plant ~ 30 N. benthamiana Samen / Topf. Düngen Sie einmal pro Woche mit 1 Esslöffel Dünger / 5 L Wasser. </td></tr><tr><td> Tag 14: Re-Topf N. benthamiana bei 1 Pflanze / Topf. </td></tr><tr><td> Tag 10: Infect lässt primäre Blätter mit CPMV (5 &amp;mgr; g/50 ul / Blatt) durch mechanische Inokulation mit einem leichten Abstauben von Carborundum. </td><td> Tag 28: Infect drei bis five Blätter mit PVX, TMV oder BMV (5 &amp;mgr; g/50 ul / Blatt) durch mechanische Inokulation mit einem leichten Abstauben von Carborundum. </td></tr><tr><td> Tag 20: Harvest Blätter und lagern -80 ° C. </td><td> Tag 42: Harvest Blätter und lagern -80 ° C. </td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Timeline für den Anbau, infizieren, und die Ernte Blätter. Hinweis: Nur CPMV Ausbreitung wird als Beispiel gezeigt. 2. VNP (CPMV, BMV, PVX und TMV) Reinigung Hinweis: Alle Schritte werden auf Eis oder bei 4 ° C. <ol><li> Homogenisieren 100 g gefrorene Blätter in einem Standard-Mixer mit 2 Volumina kaltem Puffer (siehe Tabelle 2). Anschließend wird durch 2-3 Schichten Gaze. </li><li> Für PVX, pH-Wert auf 6,5 mit 1 M HCl. Hinzufügen 0,2% (w / v) Ascorbinsäure und 0,2% (w / v) Natrium Sulfite. </li><li> Zentrifuge rohen Pflanzenextrakten Homogenat bei 5.500 xg für 20 min. Sammle Überstand. </li><li> Für BMV, Schicht 25 ml Überstand auf 5 ml 10% (w / v) Saccharose-Lösung. Zentrifuge bei 9000 × g für 3 h und resuspendieren Pellets in 38,5% CsCl-Lösung (w / v). Mix durch Schütteln für 5 Stunden, dann mit Schritt 2,12 fortzusetzen. </li><li> Extrahieren Pflanzenmaterials durch Zugabe von 0,7 Volumina von 1:1 (v / v) Chloroform :1-Butanol. Stir Mischung für 30-60 min. </li><li> Zentrifuge Lösung bei 5.500 xg für 20 min. Sammeln der oberen wäßrigen Phase. </li><li> Hinzufügen NaCl bis 0,2 M und 8% (w / v) PEG (MW 8000). Für TMV, auch die 1% (v / v) Triton X-100. Stir für mindestens 1 h, dann lassen Sie sich für mindestens 1 Stunde. </li><li> Zentrifuge Lösung bei 15.000 × g für 15 min. Pellet in 10 ml Puffer. Für PVX, fügen Sie 0,1% β-Mercaptoethanol und Harnstoff zu 0,5 M. </li><li> Zentrifuge bei 8.000 xg für 30 min und sammeln Überstand. </li><li> Ultrazentrifuge Überstand bei 160.000 xg für 3 Stunden. Pellet in 5 ml Puffer overnight. </li><li> Vorbereiten einer 10-40% Saccharosegradienten mit gleichen Volumina von 10%, 20%, 30% und 40% Saccharose in Puffer (schwerste zuerst). Lassen Sie den Gradienten über Nacht ins Gleichgewicht bei Raumtemperatur. </li><li> Ultrazentrifuge resuspendiert Pellet über Saccharosegradienten bei 100.000 × g für 2 h (24 h bei BMV). </li><li> Sammle Lichtstreuung Band und Dialyse gegen Puffer. </li><li> Charakterisieren die VNPS (unten) und bei 4 ° C. Für die langfristige Lagerung bei -80 ° C lagern </li></ol><table border="1"><tbody><tr><td> CPMV und TMV </td><td> 0,1 M Kaliumphosphatpuffer (pH 7,0) 38,5 mM KH 2 PO 4 61,5 mM K 2 HPO 4 </td></tr><tr><td> PVX </td><td> 0,5 M Boratpuffer (pH 7,8) 0,5 M Borsäure Der pH-Wert mit NaOH </td></tr><tr><td> BMV </td><td> SAMA Puffer (pH 4,5) 250 mM Natriumacetat 10 mM MgCl 2 2 mM β-Mercaptoethanol (add frisch) </td></tr></tbody></table> Tabelle 2. Puffer und ihre Rezepte für jeden VNP. Hinweis: Nur CPMV Ausbreitung wird als Beispiel gezeigt. 3. VNP (CPMV, BMV, PVX und TMV) Charakterisierung <ol><li> Führen UV / VIS-Spektroskopie, die Konzentration von VNPS bestimmen. <ol><li> Messen Sie die Absorption von 2 ul Probe mit einem NanoDrop Spektralphotometer. </li><li> Bestimmung der Konzentration von Partikeln und Farbstoffen Verwendung des Beer-Lambert-Gesetz (A = εcl, wobei A die Absorption, ε ist der Extinktionskoeffizient ist, c die Konzentration ist, und l die Weglänge). Die Weglänge beträgt 0,1 cm für den NanoDrop. Die VNP-spezifischen Extinktionskoeffizienten sind: CPMV: 8,1 cm -1 mg -1 ml (bei ​​260 nm) PVX: 2,97 cm -1 mg -1 ml (bei ​​260 nm) TMV: 3,0 cm -1 mg -1 ml (bei ​​260 nm) BMV 5.15 cm -1 mg -1 ml (bei ​​260 nm) </li></ol></li><li> Analysieren Partikel durch Ausschluss-Fast-Protein-Flüssigchromatographie (FPLC). <ol><li> Mit einer Superose 6 Ausschluss-Säule und die ÄKTA Explorer, Last 50-100 ug VNPS in 200 ul 0,1 M Kaliumphosphatpuffer (pH 7,0). </li><li> Detektoren eingestellt auf 260 nm (Nukleinsäure), 280 nm (Protein) und der Anregungswellenlänge etwaiger Farbstoffe beigefügt. </li><li> Ausführen bei einer Fließgeschwindigkeit von 0,5 ml / min für 72 min. </li><li> Das Elutionsprofil und A260: A280 nm angibt, ob der VNP Vorbereitung rein ist und ob Partikel sind intakt und montiert. Die folgende A260: 280 Kennzahlen deuten auf eine reine VNP Zubereitung: CPMV: 1,8 ± 0,1 PVX: 1,2 ± 0,1 TMV:1,1 ± 0,1 BMV: 1,7 ± ​​0,1 </li></ol></li><li> Führen Denaturierung (pre-cast NuPAGE) Bis-Tris Polyacrylamid 4-12% Gradienten-Gel-Elektrophorese, um die Reinheit der Vorbereitung und Konjugation an einzelnen Hüllproteine ​​analysieren. <ol><li> 3 ml 4x LDS-Probenpuffer bis 10 ug der Partikel in 9 ul Kaliumphosphatpuffer. Fügen Sie eine weitere 1 ul 4x LDS-Probenpuffer und 3 ul β-Mercaptoethanol BMV die hohe Zahl von Disulfidbindungen zu reduzieren. </li><li> Inkubieren in Heizblock für 5 min bei 100 ° C. </li><li> Legen Sie die Proben auf einem SDS-Gel. </li><li> Führen Proben bei 200 V für 1 Stunde in 1x MOPS Laufpuffer. </li><li> Dokumentieren Sie das Gel unter UV-Licht fluoreszierenden Hüllproteine ​​zu visualisieren. </li><li> Für nicht-fluoreszierendes Protein, mit Coomassie-Blau (0,25% (w / v) Coomassie-Brilliantblau R-250, 30% (v / v) Methanol, 10% (v / v) Essigsäure) für 1 Stunde zu färben. </li><li> Entfärben mit 30% Methanol, 10% Essigsäure über Nacht. Change die Lösung, wenn erforderlich. </li><li> Dokumentieren Sie das Gel unter weißem Licht. </li></ol></li><li> Analysieren Integrität der Teilchen durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM). <ol><li> Verdünnen Sie die Proben auf 0,1-1 mg / ml in 20 ul DI-Wasser. </li><li> Platz 20 ul Tropfen der Proben auf Parafilm. </li><li> Titelbild Tropfen mit einem TEM-Gitter und lassen Sie sich für 2 min. Wick das überschüssige Lösung auf dem Gitter mit Filterpapier. </li><li> Waschen Sie Grid, indem auf einen Tropfen DI Wasser dann Dochtwirkung trocken. </li><li> Fleck Gitter durch Aufstellung auf einem 20 ul Tropfen von 2% (w / v) Uranylacetat für 2 min. Wick das überschüssige Fleck mit Filterpapier. </li><li> Waschen Sie Grid einmal mehr im Wasser. </li><li> Beobachten Gitter unter einem Transmissions-Elektronen-Mikroskop. </li></ol></li></ol> 4. Chemische Konjugation von VNPS mit PEG und Fluorophore, Reinigung und Charakterisierung <ol><li> Für die Berechnungen für die Reaktionen unten, sind die Molmasse der VNPS: CPMV: 5,6x 10 6 g / mol PVX: 35 x 10 6 g / mol TMV: 41 x 10 6 g / mol BMV: 4,6 x 10 6 g / mol </li><li> Konjugat Farbstoffen und PEG an die Oberfläche Lysine CPMV und PVX mit einem Ein-Schritt-N-Hydroxysuccinimid Kupplungsreaktion: In 2.500 Moläquivalenten (alle molare Überschüsse beziehen sich auf molaren Überschuss pro VNP) von Alexa Fluor 647 Succinimidylester und 4.500 Äquivalente von NHS- PEG (MW 5000) in DMSO auf CPMV gelöst in 0,1 M Kaliumphosphatpuffer. Bei der Arbeit mit PVX, fügen Sie ein 10.000 molaren Überschuß von NHS-Farbstoff und NHS-PEG. Durch Veränderung der Puffer und DMSO Volumina, so dass die Endkonzentration von CPMV und PVX 2 mg / ml und DMSO-Gehalt 10% des gesamten Reaktionsvolumens liegt. Inkubieren die Reaktionsmischung über Nacht bei Raumtemperatur vor Licht geschützt. CPMV und PVX haben 300 und 1.270 adressierbare Lysine sind. (Der Leser wird auf den folgenden Literaturhinweise am bezeichnetchemische Modifikation von CPMV und PVX: 13-15). </li><li> Konjugat Farbstoffen und PEG Tyrosine des TMV von Diazonium Kopplung von Kupfer (I)-katalysierten Azid-Alkin-Cycloaddition gefolgt. <ol><li> Planen Diazoniumsalz (Alkin) durch Mischen von 400 ul 0,3 M p-Toluolsulfonsäure-Monohydrat, 25 ul 3,0 M Natriumnitrit und 75 ul 0,68 M destilliertem 3-Ethinylanilin in Acetonitril bei 4 ° C für 1 Stunde gelöst. </li><li> Hinzufügen 3,3 ml Boratpuffer, pH 8,8, enthaltend 100 mM NaCl und 1,25 ml TMV (20 mg / ml Stammlösung). </li><li> Reagieren des TMV mit 450 ul des Diazoniumsalzes (Alkin)-Lösung in einem Eisbad für 3 Stunden zum Hinzufügen eines Alkins Ligation Griff durch Diazonium Kopplung TMV. Die Lösung wird in eine hellbraune Farbe einzuschalten. TMV hat 2.140 Verfügung Tyrosine zur Konjugation. </li><li> Reinige das Endprodukt mit einer Saccharose-Kissen wie in Schritt 4.4 beschrieben. </li><li> Bringen Azid-funktionale Alexa Fluor 647 und PEG-Azid (MW 5.000) using Kupfer (I)-katalysierten Azid-Alkin-Cycloaddition (CuAAC). Add 2 Äquivalenten Farbstoff-und PEG-Azid pro Hüllprotein und inkubieren mit 1 mM CuSO 4, 2 mM AMG und 2 mM Natriumascorbat bei Raumtemperatur für 15 min. Passen das Puffervolumen so daß die endgültige Konzentration der Reaktion TMV 2 mg / ml beträgt. (: 16,17 Der Leser wird auf den folgenden Literaturhinweise zur chemischen Modifikation von TMV bezeichnet). </li></ol></li><li> Konjugat Farbstoffe Lysine und PEG Cysteine ​​BMV Cystein-Mutante (cBMV): <ol><li> Hinzufügen 2000 Moläquivalenten Oregon Green 488 Succinimidylester in DMSO, um cBMV gelöst in 0,1 M TNKM Puffer (50 mM Tris-Base, 50 mM NaCl, 10 mM KCl, 5 mM MgCl 2, pH 7,4). Durch Veränderung der Puffer und DMSO Volumina, so dass die Endkonzentration von BMV 1 mg / ml und DMSO-Gehalt 10% des gesamten Reaktionsvolumens liegt. Inkubieren Sie die Reaktionsmischung über Nacht bei 4 ° C vor Licht geschützt. </li><li> Purify Partikel mit Zentrifugenfugierten Filter wie in Schritt 4.4 beschrieben. </li><li> Hinzufügen 2000 molaren Überschuß von PEG-Maleimid (MW 2000) unter Verwendung der gleichen Reaktionsbedingungen wie vor und inkubieren des Reaktionsgemisches für 2 Stunden bei 4 ° C. cBMV hat 180 reaktive Lysine und Cysteine. (: 18 Der Leser wird auf den folgenden Literaturhinweise zur chemischen Modifikation von BMV genannt). </li></ol></li><li> Reinigung: Übergeben der Lösung durch eine 40% (w / v) Saccharose-Kissen bei 160.000 × g für 2,5 Stunden. Wieder das Pellet in Puffer. Alternativ gegen entsprechende Puffer mit 10 kDa cut-off Spin-Filter dialysiert. </li><li> Charakterisierung: PEGylierten und fluoreszenzmarkierten VNPS analysiert werden unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren: UV / Vis-Spektroskopie, SDS-Gelelektrophorese, FPLC und TEM (nicht gezeigt, aber auf die 6 und 7 beziehen). </li></ol> 5. Tumor-Targeting-und Imaging mit einer Maus Xenograft Modell<ol><li> Kultur menschliche HT-29-Kolonkrebszellen in RPMI Medium mit 5% FBS, 1% Penicillin-Streptomycin und 1% L-Glutamin bei 37 ° C in 5% CO 2 unter Verwendung von 175 cm 2 Zellkulturflaschen ergänzt. </li><li> Waschen der Zellen zweimal mit sterilem PBS und Ernte durch Inkubation mit 5 ml Trypsin-EDTA bei 37 ° C für 5 min. Inaktivierung des Trypsin mit 5 ml RPMI-Medium. Collect Zellen durch Zentrifugation bei 500 × g für 5 min. bei 4 ° C und resuspendieren in frischem RPMI bei 5x10 6 Zellen/50 ul Medium (festzustellen gesamten Zellzahl mittels Trypanblau und eines Hämozytometers). Mischen mit einem gleichen Volumen von Matrigel vor der Injektion (keep alle Lösungen und Reagenzien steril). </li><li> Beschaffen sechs Wochen alten NCR nu / nu-Mäusen und halten sie auf einer Luzerne freie Diät für 2 Wochen. [Anmerkung:. Alle tierischen Verfahren müssen IACUC genehmigt] Erbrechen Tumorxenotransplantaten durch subkutane Injektion von 5x10 6 Zellen/100 ul / Tumor in den Flanken (2 Tumoren / Maus) mit einem 18 1/2 Gauge sterilenNadel. Überwachen Sie die Tiere regelmäßig. Messen Sie die Größe des Tumors mit Bremssätteln und damit die Tumore zu einem durchschnittlichen Volumen von 20 mm 3 (innerhalb der nächsten 12 Tage) wachsen. Weisen Mäusen zu zwei verschiedenen Gruppen randomisiert: PBS und VNP (n = 3 Tiere / Gruppe / Zeitpunkt). Verwendung einer 1 ml 28 Gauge Insulinspritze durch intravenöse Injektion in die Schwanzvene 100 ul sterilem PBS oder 10 mg / kg VNP Formulierung zu verabreichen. </li></ol> Hinweis: Gewebekultur Experimente und Studien mit lebenden Tieren nicht nachgewiesen werden. Hands-on-Demonstration wird die Gewebe-Verarbeitung und Datenerfassung begrenzt werden. Für einen Hinweis bei der HT-29 Xenograftmodell, wird der Leser auf ref bezeichnet. 19 Drei Techniken werden verwendet, um von einem Tumor einfindende VNPS auszuwerten: <ol start="4"><li> Fluoreszenz-Imaging mit Maestro Imaging System: Sacrifice Mäusen zu unterschiedlichen Zeitpunkten (2, 24 und 72 h) unter Verwendung von CO 2Gas. Sezieren die Tiere und Verbrauchsteuern alle wichtigen Organe (Gehirn, Herz, Lunge, Milz, Nieren und Leber) zusammen mit den Tumoren an den Flanken, legen Sie das Gewebe auf Parafilm und analysieren mit Fluoreszenz-Imaging Instrument mit gelben Anregungs-und Emissions-Filter (800 ms Exposition), um die Anwesenheit von Fluoreszenzsignalen in den Geweben (abgeleitet von A647 Label konjugiert zu den VNPS) zu detektieren. Speichern Sie die Bilder und analysieren Fluoreszenzintensitäten mit ImageJ 1.44o Software ( <a href="http://imagej.nih.gov/ij" target="_blank">http://imagej.nih.gov/ij</a> ). Vergleichen des Musters der Aufnahme der VNPS in Tumoren mit anderen wichtigen Geweben mit der Zeit. </li><li> Nach der Bebilderung, schneiden jedes Gewebe in der Mitte und betten die eine Hälfte in OCT-Verbindung für Kryo-Schnitte und konfokale Analyse. Sammeln Sie die andere Hälfte in vorgewogenen Cryoröhrchen und sofort einfrieren mit flüssigem N 2. Lagerung bei -80 ° C bis zur weiteren Verarbeitung bereit. </li><li> Fluoreszenz Quantifizierung: ReKord Geweben Gewichte. Eingefrorene Gewebe bei Raumtemperatur und legen Sie sie in separaten 50 ml Falcon-Röhrchen mit 1 ml PBS. Mit einem Handheld Gewebehomogenisator, Homogenisierung der Gewebe für 2-3 min in PBS übertragen dann das Homogenat zu Mikrozentrifugenröhrchen. Zentrifugation der Homogenate 10 min bei 13.000 × g, um nicht homogenisierten Gewebe zu entfernen. </li><li> Je 100 ul des Überstands aus den Geweben aus jeder Gruppe (PBS und VNP Formulierungen / Zeitpunkten) in einer 384 well black UV Platte. Bewerten Fluoreszenzintensität (Ex / Em Wellenlängen 600/665) mit einer Platte Leser. Normalisieren der erhaltenen fluoreszierenden Werte durch die Gewebe-Gewichte. </li><li> Immunhistochemie: Bereiten Kryo-Mikrotomschnitte (10 um) und bei -20 ° C. Fleck Gewebeschnitte für Zellkerne (DAPI) und endothelialer Zellmarker (FITC-markierte Anti-Maus-CD31-Antikörper). Durchführung Konfokalmikroskopie Analyse, um den vaskulären und intratumorale Lokalisierung von fluoreszenzmarkierten VNP abzubildens. </li></ol> Hinweis: Dieses Verfahren nicht nachgewiesen werden, repräsentative Daten sind in Abbildung 8 dargestellt. Für einen Verweis auf Immunhistochemie und den beschriebenen Färbemethoden, wird der Leser auf ref bezeichnet. 19

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E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrazone+ligation+strategy+to+assemble+multifunctional+viral+nanoparticles+for+cell+imaging+and+tumor+targeting.">Hydrazone ligation strategy to assemble multifunctional viral nanoparticles for cell imaging and tumor targeting.</a> Nano Lett. 10, 1093-1097 (2010).</li><li>Shukla, S., Ablack, A., Wen, A., Lee, K., Lewis, J., Steinmetz, N. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+tumor+homing+and+tissue+penetration+of+the+filamentous+plant+viral+nanoparticle+Potato+virus+X.">Increased tumor homing and tissue penetration of the filamentous plant viral nanoparticle Potato virus X.</a> Molecular Pharmaceutics. , (2012).</li><li>Chatterji, A., Ochoa, W., Shamieh, L., Salakian, S. P., Wong, S. M., Clinton, G., Ghosh, P., Lin, T., Johnson, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+conjugation+of+heterologous+proteins+on+the+surface+of+Cowpea+mosaic+virus.">Chemical conjugation of heterologous proteins on the surface of Cowpea mosaic virus.</a> Bioconjug. Chem. 15, 807-813 (2004).</li></ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Dieses Protokoll stellt einen Ansatz für die chemische Modifikation von VNPS und deren Anwendungen zur in vivo-Tumordarstellung. Die Tier-Fluoreszenz-Imaging-, Fluoreszenz-Quantifizierung und Immunhistochemie hier vorgestellten Verfahren sind nützlich für das Studium Bioverteilung und Auswertung Tumor Homing. Diese Techniken wertvolle Informationen über den Zugang der Nanopartikel an den Tumor durch die EPR-Effekt. Durch die Kombination der Ergebnisse aus den verschiedenen analytischen Methoden, erhalten wi...

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Material Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalogue number</td>
			<td>Comments (optional)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>VNP production</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Indoor plant chamber</td>
			<td>Percival Scientific</td>
			<td>E-41L2</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>V. unguiculata seeds (California black-eye no. 5)</td>
			<td>Burpee</td>
			<td>51771A</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N. benthamiana seeds</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>N. benthamiana seeds were a gift from Salk Institute. Seeds are produced through plant propagation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carborundum</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>C192-500</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pro-mix BX potting soil</td>
			<td>Premier Horticulture</td>
			<td>713400</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jack's Professional 20-10-20 Peat-Lite Fertilizer</td>
			<td>JR Peters</td>
			<td>77860</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50.2 Ti rotor</td>
			<td>Beckman</td>
			<td>337901</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SW 32 Ti rotor</td>
			<td>Beckman</td>
			<td>369694</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optima L-90K ultracentrifuge</td>
			<td>Beckman</td>
			<td>365672</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SLA-3000 rotor</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>07149</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SS-34 rotor</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>28020</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sorvall RC-6 Plus centrifuge</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>46910</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene bottle</td>
			<td>Beckman</td>
			<td>355607</td>
			<td>For SLA-3000 rotor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polycarbonate bottle</td>
			<td>Beckman</td>
			<td>357002</td>
			<td>For SS-34 rotor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra-Clear tube</td>
			<td>Beckman</td>
			<td>344058</td>
			<td>For sucrose gradient and SW 32 Ti rotor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polycarbonate bottle</td>
			<td>Beckman</td>
			<td>355618</td>
			<td>For pelleting and 50.2 Ti rotor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoDrop spectrophotometer</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>NanoDrop2000c</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PowerEase 500 pre-cast gel system</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>EI8675EU</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Superose 6 10/300 GL (24 ml) size-exclusion column</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>17-5172-01</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&Auml;KTA Explorer 100 Chromatograph</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>28-4062-66</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Allegra X-12R</td>
			<td>Beckman</td>
			<td>392302</td>
			<td>Benchtop centrifuge</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cryostat</td>
			<td>Leica</td>
			<td>CM1850</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Maestro 2</td>
			<td>Caliper Life Sciences</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>In vivo imaging system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue-Tearor</td>
			<td>Biospec Products</td>
			<td>985370-395</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplate reader</td>
			<td>Tecan</td>
			<td>Infinite-200</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmission electron microscope</td>
			<td>ZEISS</td>
			<td>Libra 200FE</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FluoView laser scanning confocal microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>FV1000</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Chemicals and Reagents</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3-ethynylaniline</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>498289-5G</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>384 well black plate</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>353285</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-12% Bis-Tris NuPAGE SDS gel</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>NP0321BOX</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4X LDS sample buffer</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>NP0008</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic Acid</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>A385-500</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetonitrile</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>271004-1L</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 647 azide</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A10277</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 647 carboxylic acid, succinimidyl ester</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A20006</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amicon Ultra-0.5 ml Centrifugal Filters</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>UFC501096</td>
			<td>10 kDa cut-off</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aminoguanidine hydrochloride</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>36891-0250</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Boric acid</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>A74-500</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coomassie Brilliant Blue R-250</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP101-25</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CsCl</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>42285-1000</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPI</td>
			<td>MP Biomedicals</td>
			<td>157574</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP231-100</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter paper</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>09-801K</td>
			<td>P5 grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FITC anti-mouse CD31</td>
			<td>BioLegend</td>
			<td>102406</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat serum</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>16210-064</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP366-500</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-ascorbic acid sodium salt</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>35268-0050</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>A412P-4</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgCl2</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP214-500</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope slides</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>12-544-3</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope cover glass</td>
			<td>VWR</td>
			<td>48366-277</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MOPS buffer</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>NP0001</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mPEG-mal</td>
			<td>Nanocs</td>
			<td>PG1-ML-2k</td>
			<td>MW 2000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mPEG-N3</td>
			<td>Nanocs</td>
			<td>PG1-AZ-5k</td>
			<td>MW 5000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mPEG-NHS</td>
			<td>Nanocs</td>
			<td>PG1-SC-5k</td>
			<td>MW 5000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP358-212</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oregon Green 488 succinimidyl ester *6-isomer*</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>O-6149</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>p-toluenesulfonic acid monohydrate</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>13902-0050</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Permount</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>SP15-100</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium phosphate dibasic</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP363-1</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium phosphate monobasic</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP362-1</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium acetate</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP333-500</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium nitrite</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>42435-0050</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium sulfite</td>
			<td>Amresco</td>
			<td>0628-500G</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>S6-500</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TEM grid</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>FCF-400Cu</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris base</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP152-500</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>EMD Chemicals</td>
			<td>TX1568-1</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&beta;-mercaptoethanol</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>O3446I-100</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Tissue Culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>12483-020</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemocytometer</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>0267110</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HT-29 cells</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>HTB-38</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-glutamine</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>25030-080</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS</td>
			<td>Cellgro</td>
			<td>21-040-CV</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-streptomycin</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>10378-016</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RPMI-1640</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>31800-089</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue culture flasks</td>
			<td>Corning</td>
			<td>431080</td>
			<td>175 cm2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypan Blue</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>SV30084.01</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin, 0.05% (1X) with EDTA 4Na, liquid</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>25300-054</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Animal Studies</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>18% Protein Rodent Diet</td>
			<td>Harlan Teklad</td>
			<td>Teklad Global 2018S</td>
			<td>Alfalfa free diet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin syringe</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>329410</td>
			<td>28 gauge</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Baxter</td>
			<td>AHN3637</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrigel Matrix basement membrane</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>356234</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NCR nu/nu mice</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>CWRU School 
			of Medicine Athymic Animal and Xenograft Core Facility</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile syringe</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>305196</td>
			<td>18 1/2 gauge</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue-Tek CRYO-OCT Compound</td>
			<td>Andwin Scientific</td>
			<td>4583</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

viral nanoparticles for in vivo tumor imaging

Die Verwendung von Nanomaterialien hat das Potenzial, Materialwissenschaft und Medizin zu revolutionieren. Derzeit sind eine Anzahl verschiedener Nanopartikel ist für Anwendungen in der Bildgebung und Therapie untersucht. Viral-Nanopartikel (VNPS) aus Pflanzen gewonnen werden kann als self-assembled Bionanomaterialien mit definierten Größen und Formen betrachtet werden. Pflanzenviren untersuchten im Labor gehören Steinmetz ikosaedrischen Teilchen durch Kuherbsen-Mosaikvirus (CPMV) und Brome Mosaik Virus (BMV), die beide 30 nm im Durchmesser sind, gebildet. Wir entwickeln auch stabförmigen und filamentöse Strukturen aus den folgenden Pflanzenviren abgeleitet: Tabak-Mosaik-Virus (TMV), die starre Stäbe bildet mit den Abmessungen von 300 nm von 18 nm und Potato virus X (PVX), die filamentöse Partikel 515 bilden nm Länge und 13 nm in der Breite (der Leser auf refs bezeichnet. 1 und 2 für weitere Informationen über VNPS). in großem Maßstab in planta hergestellt werden, sind außergewöhnlich stabil und biokompatibel. Auch sind VNPS &quot;programmierbar&quot;-Einheiten, die speziell entwickelt werden mit gentechnischen Veränderung oder chemische Biokonjugation Methoden 3 können. Die Struktur der VNPS wird bis zu atomarer Auflösung bekannt und Modifikationen können mit räumlicher Präzision durchgeführt werden auf atomarer Ebene 4, ein Maß an Kontrolle, die nicht erreicht werden kann mit synthetischen Nanomaterialien mit aktuellen State-of-the-art Technologien werden. In diesem Papier beschreiben wir die Ausbreitung von CPMV, PVX, TMV und BMV in Vigna ungiuculata und Nicotiana benthamiana Pflanzen. Extraktion und Reinigung Protokolle für jede VNP gegeben. Methoden zur Charakterisierung von gereinigtem und chemisch-markierten VNPS beschrieben. In dieser Studie haben wir am ch konzentrierenemical Kennzeichnung VNPS mit Fluorophoren (zB Alexa Fluor 647) und Polyethylenglykol (PEG). Die Farbstoffe erleichtern Verfolgung und Erfassung der VNPS 5-10, und PEG reduziert Immunogenität der proteinartigen Nanopartikel gleichzeitig ihre Pharmakokinetik 8,11. Wir zeigen Tumor Homing von PEGylierten VNPS mit der Maus Xenograft-Tumor-Modell. Eine Kombination von Fluoreszenz-Bildgebung von Gewebe ex vivo mit Maestro Imaging System, Fluoreszenz Quantifizierung in homogenisierten Geweben und konfokale Mikroskopie wird verwendet, um Bioverteilung studieren. VNPS werden über das retikuloendotheliale System (RES) gelöscht ist; Tumor einfindende wird passiv über das erhöhte Permeabilität und Retention (EPR) Wirkung 12 gelöst. Der VNP Nanotechnologie ist ein leistungsstarkes Plug-and-play-Technologie auf Bild und Behandlung von Seiten der Erkrankung in vivo. Wir arbeiten weiter an VNPS um Drogen Frachten und klinisch relevante Bildgebung Einheiten sowie Gewebe-spezifische Liganden zu tragenZiel molekularen Rezeptoren bei Krebs und kardiovaskuläre Erkrankungen überexprimiert.

<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/4352/4352fig1.jpg" /> 
 Figure 1. Plant virus-infected plants. Vigna unguiculata plants infected with CPMV (A). Nicotiana benthamiana plants infected with PVX (B), TMV (C), and BMV (D). The pictures were taken about 10 days post infection by mechanical inoculation.
<img alt="Figure 2" fo:content-width="3in" fo:src="/files/ftp_upload/4352...

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Viral Nanoparticles for In vivo Tumor Imaging

Pflanzen virale Nanopartikel (VNPS) sind vielversprechende Plattformen für Anwendungen in der Biomedizin. Hier beschreiben wir die Verfahren für die Anlage VNP Ausbreitung, Reinigung, Charakterisierung und Biokonjugation. Schließlich zeigen wir die Anwendung der VNPS für die Tumor-Homing und Bildgebung mit der Maus Xenograft-Modell und Fluoreszenz-Bildgebung.

Viral Nanopartikel für<em&gt; In vivo</em&gt; Tumor Imaging

The use of nanomaterials has the potential to revolutionize materials science and medicine. Currently, a number of different nanoparticles are being ...

viral-nanoparticles-for-in-vivo-tumor-imaging

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Viral Nanoparticles for In vivo Tumor Imaging

17.1K Aufrufe.  Case Western Reserve University. Pflanzen virale Nanopartikel (VNPS) sind vielversprechende Plattformen für Anwendungen in der Biomedizin. Hier beschreiben wir die Verfahren für die Anlage VNP Ausbreitung, Reinigung, Charakterisierung und Biokonjugation. Schließlich zeigen wir die Anwendung der VNPS für die Tumor-Homing und Bildgebung mit der Maus Xenograft-Modell und Fluoreszenz-Bildgebung.

Serie: Viral Nanoparticles for In vivo Tumor Imaging

Simple Microfluidic Devices for in vivo Imaging of C. elegans, Drosophila and Zebrafish

Micro fabricated fluidic devices provide an accessible micro-environment for in vivo studies on small organisms. Simple fabrication processes are available for microfluidic devices using soft lithography techniques 1-3. Microfluidic devices have been used for sub-cellular imaging 4,5, in vivo laser microsurgery 2,6 and cellular imaging 4,7. In vivo imaging requires immobilization of organisms. This has been achieved using suction 5,8, tapered channels 6,7,9, deformable membranes 2-4,10, suction with additional cooling 5, anesthetic gas 11, temperature sensitive gels 12, cyanoacrylate glue 13 and anesthetics such as levamisole 14,15. Commonly used anesthetics influence synaptic transmission 16,17 and are known to have detrimental effects on sub-cellular neuronal transport 4. In this study we demonstrate a membrane based poly-dimethyl-siloxane (PDMS) device that allows anesthetic free immobilization of intact genetic model organisms such as Caenorhabditis elegans (C. elegans), Drosophila larvae and zebrafish larvae. These model organisms are suitable for in vivo studies in microfluidic devices because of their small diameters and optically transparent or translucent bodies. Body diameters range from ~10 &mu;m to ~800 &mu;m for early larval stages of C. elegans and zebrafish larvae and require microfluidic devices of different sizes to achieve complete immobilization for high resolution time-lapse imaging. These organisms are immobilized using pressure applied by compressed nitrogen gas through a liquid column and imaged using an inverted microscope. Animals released from the trap return to normal locomotion within 10 min.
We demonstrate four applications of time-lapse imaging in C. elegans namely, imaging mitochondrial transport in neurons, pre-synaptic vesicle transport in a transport-defective mutant, glutamate receptor transport and Q neuroblast cell division. Data obtained from such movies show that microfluidic immobilization is a useful and accurate means of acquiring in vivo data of cellular and sub-cellular events when compared to anesthetized animals (Figure 1J and 3C-F 4).
Device dimensions were altered to allow time-lapse imaging of different stages of C. elegans, first instar Drosophila larvae and zebrafish larvae. Transport of vesicles marked with synaptotagmin tagged with GFP (syt.eGFP) in sensory neurons shows directed motion of synaptic vesicle markers expressed in cholinergic sensory neurons in intact first instar Drosophila larvae. A similar device has been used to carry out time-lapse imaging of heartbeat in ~30 hr post fertilization (hpf) zebrafish larvae. These data show that the simple devices we have developed can be applied to a variety of model systems to study several cell biological and developmental phenomena in vivo.

Simple Microfluidic Devices for in vivo Imaging of C. elegans, Drosophila and Zebrafish

A simple microfluidic device has been developed to perform anesthetic free in vivo imaging of C. elegans, intact Drosophila larvae and zebrafish larvae. The device utilizes a deformable PDMS membrane to immobilize these model organisms in order to perform time lapse imaging of numerous processes such as heart beat, cell division and sub-cellular neuronal transport. We demonstrate the use of this device and show examples of different types of data collected from different model systems.

Einfache mikrofluidischen Systemen für<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging der<em&gt; C. elegans</em&gt;,<em&gt; Drosophila</em&gt; Und Zebrafisch

Micro fabricated fluidic devices provide an accessible micro-environment for in vivo studies on small organisms. Simple fabrication processes are ...

Forschung

Biotechnik

Analysis of Targeted Viral Protein Nanoparticles Delivered to HER2+ Tumors

The HER2+ tumor-targeted nanoparticle, HerDox, exhibits tumor-preferential accumulation and tumor-growth ablation in an animal model of HER2+ cancer. HerDox is formed by non-covalent self-assembly of a tumor targeted cell penetration protein with the chemotherapy agent, doxorubicin, via a small nucleic acid linker. A combination of electrophilic, intercalation, and oligomerization interactions facilitate self-assembly into round 10-20 nm particles. HerDox exhibits stability in blood as well as in extended storage at different temperatures. Systemic delivery of HerDox in tumor-bearing mice results in tumor-cell death with no detectable adverse effects to non-tumor tissue, including the heart and liver (which undergo marked damage by untargeted doxorubicin). HER2 elevation facilitates targeting to cells expressing the human epidermal growth factor receptor, hence tumors displaying elevated HER2 levels exhibit greater accumulation of HerDox compared to cells expressing lower levels, both in vitro and in vivo. Fluorescence intensity imaging combined with in situ confocal and spectral analysis has allowed us to verify in vivo tumor targeting and tumor cell penetration of HerDox after systemic delivery. Here we detail our methods for assessing tumor targeting via multimode imaging after systemic delivery.

This article details the procedures for optical imaging analysis of the tumor-targeted nanoparticle, HerDox. In particular, detailed use of the multimode imaging device for detecting tumor targeting and assessing tumor penetration is described here.

Gezielte Analyse von viralen Proteins Nanopartikel HER2 + Tumoren Lieferung

The HER2+ tumor-targeted nanoparticle, HerDox, exhibits tumor-preferential accumulation and tumor-growth ablation in an animal model of HER2+ cancer. ...

PLGA Nanoparticles Formed by Single- or Double-emulsion with Vitamin E-TPGS

Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) is a biocompatible member of the aliphatic polyester family of biodegradable polymers. PLGA has long been a popular choice for drug delivery applications, particularly since it is already FDA-approved for use in humans in the form of resorbable sutures. Hydrophobic and hydrophilic drugs are encapsulated in PLGA particles via single- or double-emulsion. Briefly, the drug is dissolved with polymer or emulsified with polymer in an organic phase that is then emulsified with the aqueous phase. After the solvent has evaporated, particles are washed and collected via centrifugation for lyophilization and long term storage. PLGA degrades slowly via hydrolysis in aqueous environments, and encapsulated agents are released over a period of weeks to months. Although PLGA is a material that possesses many advantages for drug delivery, reproducible formation of nanoparticles can be challenging; considerable variability is introduced by the use of different equipment, reagents batch, and precise method of emulsification. Here, we describe in great detail the formation and characterization of microparticles and nanoparticles formed by single- or double-emulsion using the emulsifying agent vitamin E-TPGS. Particle morphology and size are determined with scanning electron microscopy (SEM). We provide representative SEM images for nanoparticles produced with varying emulsifier concentration, as well as examples of imaging artifacts and failed emulsifications. This protocol can be readily adapted to use alternative emulsifiers (e.g. poly(vinyl alcohol), PVA) or solvents (e.g.&#160;dichloromethane, DCM).

We describe the production and characterization of nanoparticles and microparticles composed of poly(lactic-co-glycolic acid) using vitamin E-TPGS as an emulsifier. By varying formulation parameters such as the concentration of emulsifier, it is possible to produce nanoparticles with mean diameters ranging from 220 nm to&#160;1.98 &#181;m.

PLGA-Nanopartikel durch Einzel-oder Doppel-Emulsion mit Vitamin E-TPGS gegründet

Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) is a biocompatible member of the aliphatic polyester family of biodegradable polymers. PLGA has long been a popular ...

Imaging Denatured Collagen Strands In vivo and Ex vivo via Photo-triggered Hybridization of Caged Collagen Mimetic Peptides

Collagen is a major structural component of the extracellular matrix that supports tissue formation and maintenance. Although collagen remodeling is an integral part of normal tissue renewal, excessive amount of remodeling activity is involved in tumors, arthritis, and many other pathological conditions. During collagen remodeling, the triple helical structure of collagen molecules is disrupted by proteases in the extracellular environment. In addition, collagens present in many histological tissue samples are partially denatured by the fixation and preservation processes. Therefore, these denatured collagen strands can serve as effective targets for biological imaging. We previously developed a caged collagen mimetic peptide (CMP) that can be photo-triggered to hybridize with denatured collagen strands by forming triple helical structure, which is unique to collagens. The overall goals of this procedure are i)&#160;to image denatured collagen strands resulting from normal remodeling activities in vivo, and ii) to visualize collagens in ex vivo tissue sections using the photo-triggered caged CMPs. To achieve effective hybridization and successful in vivo and ex vivo imaging, fluorescently labeled caged CMPs are either photo-activated immediately before intravenous injection, or are directly activated on tissue sections. Normal skeletal collagen remolding in nude mice and collagens in prefixed mouse cornea tissue sections are imaged in this procedure. The imaging method based on the CMP-collagen hybridization technology presented here could lead to deeper understanding of the tissue remodeling process, as well as allow development of new diagnostics for diseases associated with high collagen remodeling activity.

Imaging Denatured Collagen Strands In vivo and Ex vivo via Photo-triggered Hybridization of Caged Collagen Mimetic Peptides

This procedure demonstrates in vivo near IR fluorescence imaging of collagen remodeling activities in mice as well as ex vivo staining of collagens in tissue sections using caged collagen mimetic peptides that can be photo-triggered to hybridize with denatured collagen strands.

Imaging denaturierten Kollagen-Stränge<em&gt; In-vivo-</em&gt; Und<em&gt; Ex-vivo-</em&gt; Über die Photo-ausgelöst Hybridisierung von Caged Collagen mimetischen Peptiden

Collagen is a major structural component of the extracellular matrix that supports tissue formation and maintenance. Although collagen remodeling is an ...

Biofunctionalized Prussian Blue Nanoparticles for Multimodal Molecular Imaging Applications

Multimodal, molecular imaging allows the visualization of biological processes at cellular, subcellular, and molecular-level resolutions using multiple, complementary imaging techniques. These imaging agents facilitate the real-time assessment of pathways and mechanisms in vivo, which enhance both diagnostic and therapeutic efficacy. This article presents the protocol for the synthesis of biofunctionalized Prussian blue nanoparticles (PB NPs) - a novel class of agents for use in multimodal, molecular imaging applications. The imaging modalities incorporated in the nanoparticles, fluorescence imaging and magnetic resonance imaging (MRI), have complementary features. The PB NPs possess a core-shell design where gadolinium and manganese ions incorporated within the interstitial spaces of the PB lattice generate MRI contrast, both in T1 and T2-weighted sequences. The PB NPs are coated with fluorescent avidin using electrostatic self-assembly, which enables fluorescence imaging. The avidin-coated nanoparticles are modified with biotinylated ligands that confer molecular targeting capabilities to the nanoparticles. The stability and toxicity of the nanoparticles are measured, as well as their MRI relaxivities. The multimodal, molecular imaging capabilities of these biofunctionalized PB NPs are then demonstrated by using them for fluorescence imaging and molecular MRI in vitro.

This protocol describes the synthesis of biofunctionalized Prussian blue nanoparticles and their use as multimodal, molecular imaging agents. The nanoparticles have a core-shell design where gadolinium or manganese ions within the nanoparticle core generate MRI contrast. The biofunctional shell contains fluorophores for fluorescence imaging and targeting ligands for molecular targeting.

Biofunktionalisierten Prussian Blue Nanopartikel für Molekulare Bildgebung Multimodale Anwendungen

Multimodal, molecular imaging allows the visualization of biological processes at cellular, subcellular, and molecular-level resolutions using multiple, ...

Microwave-driven Synthesis of Iron Oxide Nanoparticles for Fast Detection of Atherosclerosis

A fast and reproducible microwave-driven protocol has been developed for the synthesis of neridronate-functionalized nanoparticles. Starting from the synthesis of hydrophobic nanoparticles, our method is based on an adaptation from thermal decomposition method to microwave driven synthesis. The new methodology produces a decrease in the reaction times in comparison with traditional procedures. Moreover, the use of the microwave technology increases the reproducibility of the reactions, something important from the point of view of clinical applications. The novelty of this iron oxide nanoparticle is the attachment of Neridronate. The use of this molecule leads a bisphosphonate moiety towards the outside of the nanoparticle that provides Ca2+ binding properties in vitro and selective accumulation in vivo in the atheroma plaque. The protocol allows the synthesis and plaque detection in about 3 hr since the initial synthesis from organic precursors. Their accumulation in the atherosclerotic area in less than 1 hr provides a contrast agent particularly suitable for clinical applications.

Microwave technology enables extremely fast synthesis of iron oxide nanoparticles for atherosclerosis plaque characterization. The use of an aminobisphosphonate in the external side of the nanoparticle provides a fast accumulation in the atherosclerotic area.

Mikrowelle gesteuerte Synthese von Eisenoxid-Nanopartikeln für die schnelle Erkennung von Atherosclerosis

A fast and reproducible microwave-driven protocol has been developed for the synthesis of neridronate-functionalized nanoparticles. Starting from the ...

Visualizing Angiogenesis by Multiphoton Microscopy In Vivo in Genetically Modified 3D-PLGA/nHAp Scaffold for Calvarial Critical Bone Defect Repair

The reconstruction of critically sized bone defects remains a serious clinical problem because of poor angiogenesis within tissue-engineered scaffolds during repair, which gives rise to a lack of sufficient blood supply and causes necrosis of the new tissues. Rapid vascularization is a vital prerequisite for new tissue survival and integration with existing host tissue. The de novo generation of vasculature in scaffolds is one of the most important steps in making bone regeneration more efficient, allowing repairing tissue to grow into a scaffold. To tackle this problem, the genetic modification of a biomaterial scaffold is used to accelerate angiogenesis and osteogenesis. However, visualizing and tracking in vivo blood vessel formation in real-time and in three-dimensional (3D) scaffolds or new bone tissue is still an obstacle for bone tissue engineering. Multiphoton microscopy (MPM) is a novel bio-imaging modality that can acquire volumetric data from biological structures in a high-resolution and minimally-invasive manner. The objective of this study was to visualize angiogenesis with multiphoton microscopy in vivo in a genetically modified 3D-PLGA/nHAp scaffold for calvarial critical bone defect repair. PLGA/nHAp scaffolds were functionalized for the sustained delivery of a growth factor pdgf-b gene carrying lentiviral vectors (LV-pdgfb) in order to facilitate angiogenesis and to enhance bone regeneration. In a scaffold-implanted calvarial critical bone defect mouse model, the blood vessel areas (BVAs) in PHp scaffolds were significantly higher than in PH scaffolds. Additionally, the expression of pdgf-b and angiogenesis-related genes, vWF and VEGFR2, increased correspondingly. MicroCT analysis indicated that the new bone formation in the PHp group dramatically improved compared to the other groups. To our knowledge, this is the first time multiphoton microscopy was used in bone tissue-engineering to investigate angiogenesis in a 3D bio-degradable scaffold in vivo and in real-time.

Visualizing Angiogenesis by Multiphoton Microscopy In Vivo in Genetically Modified 3D-PLGA/nHAp Scaffold for Calvarial Critical Bone Defect Repair

Here, we present a protocol to visualize blood vessel formation in vivo and in real-time in 3D scaffolds by multiphoton microscopy. Angiogenesis in genetically modified scaffolds was studied in a murine calvarial critical bone defect model. More new blood vessels were detected in the treatment group than in controls.

Visualisierung von Angiogenese durch Multiphoton Mikroskopie In Vivo in gentechnisch veränderten 3D-PLGA/nHAp Gerüst für Calvarial kritische Knochen defekt Reparatur

The reconstruction of critically sized bone defects remains a serious clinical problem because of poor angiogenesis within tissue-engineered scaffolds ...

Initial Evaluation of Antibody-conjugates Modified with Viral-derived Peptides for Increasing Cellular Accumulation and Improving Tumor Targeting

Antibody-conjugates (ACs) modified with virus-derived peptides are a potentially powerful class of tumor cell delivery agents for molecular payloads used in cancer treatment and imaging due to increased cellular accumulation over current ACs. During early AC in vitro development, fluorescence techniques and radioimmunoassays are sufficient for determining intracellular localization, accumulation efficiency, and target cell specificity. Currently, there is no consensus on standardized methods for preparing cells for evaluating AC intracellular accumulation and localization. The initial testing of ACs modified with virus-derived peptides is critical especially if several candidates have been constructed. Determining intracellular accumulation by fluorescence can be affected by background signal from ACs at the cell surface and complicate the interpretation of accumulation. For radioimmunoassays, typically treated cells are fractionated and the radioactivity in different cell compartments measured. However, cell lysis varies from cell to cell and often nuclear and cytoplasmic compartments are not adequately isolated. This can produce misleading data on payload delivery properties. The intravenous injection of radiolabeled virus-derived peptide-modified ACs in tumor bearing mice followed by radionuclide imaging is a powerful method for determining tumor targeting and payload delivery properties at the in vivo phase of development. However, this is a relatively recent advancement and few groups have evaluated virus-derived peptide-modified ACs in this manner. We describe the processing of treated cells to more accurately evaluate virus-derived peptide-modified AC accumulation when using confocal microscopy and radioimmunoassays. Specifically, a method for trypsinizing cells to remove cell surface bound ACs. We also provide a method for improving cellular fractionation. Lastly, this protocol provides an in vivo method using positron emission tomography (PET) for evaluating initial tumor targeting properties in tumor-bearing mice. We use the radioisotope 64Cu (t1/2 = 12.7 h) as an example payload in this protocol.

Viral-derived peptides coupled to antibody-conjugates (ACs) is an approach gaining momentum due to the potential of delivering molecular payloads with increased tumor cell accumulation. Utilizing common methods to evaluate peptide conjugation, AC and payload intracellular accumulation, and tumor targeting, this protocol helps researchers during the key initial development phases.

Erstbewertung der Antikörper-Konjugate mit Viral-abgeleitete Peptide zur Erhöhung der zellulären Akkumulation und Verbesserung der Tumor gezielt modifiziert

Antibody-conjugates (ACs) modified with virus-derived peptides are a potentially powerful class of tumor cell delivery agents for molecular payloads used ...

Correlative Light Electron Microscopy (CLEM) for Tracking and Imaging Viral Protein Associated Structures in Cryo-immobilized Cells

Due to its high resolution, electron microscopy (EM) is an indispensable tool for virologists. However, one of the main difficulties when analyzing virus-infected or transfected cells via EM are the low efficiencies of infection or transfection, hindering the examination of these cells. In order to overcome this difficulty, light microscopy (LM) can be performed first to allocate the subpopulation of infected or transfected cells. Thus, taking advantage of the use of fluorescent proteins (FPs) fused to viral proteins, LM is used here to record the positions of the "positive-transfected" cells, expressing a FP and growing on a support with an alphanumeric pattern. Subsequently, cells are further processed for EM via high pressure freezing (HPF), freeze substitution (FS) and resin embedding. The ultra-rapid freezing step ensures excellent membrane preservation of the selected cells that can then be analyzed at the ultrastructural level by transmission electron microscopy (TEM). Here, a step-by-step correlative light electron microscopy (CLEM) workflow is provided, describing sample preparation, imaging and correlation in detail. The experimental design can be also applied to address many cell biology questions.

Correlative Light Electron Microscopy CLEM for Tracking and Imaging Viral Protein Associated Structures in Cryo-immobilized Cells

A correlative light electron microscopy (CLEM) method is applied to image virus-induced intracellular structures via electron microscopy (EM) in cells that are previously selected by light microscopy (LM). LM and EM are combined as a hybrid imaging approach to achieve an integrated view of virus-host interactions.

Korrelative Licht Elektronenmikroskopie (CLEM) für die Verfolgung und Imaging virales Protein verbundenen Strukturen in den Cryo-immobilisierten Zellen

Due to its high resolution, electron microscopy (EM) is an indispensable tool for virologists. However, one of the main difficulties when analyzing ...

Rigid Embedding of Fixed and Stained, Whole, Millimeter-Scale Specimens for Section-free 3D Histology by Micro-Computed Tomography

For over a hundred years, the histological study of tissues has been the gold standard for medical diagnosis because histology allows all cell types in every tissue to be identified and characterized. Our laboratory is actively working to make technological advances in X-ray micro-computed tomography (micro-CT) that will bring the diagnostic power of histology to the study of full tissue volumes at cellular resolution (i.e., an X-ray Histo-tomography modality). Toward this end, we have made targeted improvements to the sample preparation pipeline. One key optimization, and the focus of the present work, is a straightforward method for rigid embedding of fixed and stained millimeter-scale samples. Many of the published methods for sample immobilization and correlative micro-CT imaging rely on placing the samples in paraffin wax, agarose, or liquids such as alcohol. Our approach extends this work with custom procedures and the design of a 3-dimensional printable apparatus to embed the samples in an acrylic resin directly into polyimide tubing, which is relatively transparent to X-rays. Herein, sample preparation procedures are described for the samples from 0.5 to 10 mm in diameter, which would be suitable for whole zebrafish larvae and juveniles, or other animals and tissue samples of similar dimensions. As proof of concept, we have embedded the specimens from Danio, Drosophila, Daphnia, and a mouse embryo; representative images from 3-dimensional scans for three of these samples are shown. Importantly, our methodology leads to multiple benefits including rigid immobilization, long-term preservation of laboriously-created resources, and the ability to re-interrogate samples.

We developed protocols and designed a custom apparatus to enable embedding of millimeter-scale specimens. We present sample preparation procedures with an emphasis on embedding in acrylic resin and polyimide tubing to achieve rigid immobilization and long-term storage of specimens for the interrogation of tissue architecture and cell morphology by micro-CT.

Starre Einbettung von fixiert und gefärbt, im großen und ganzen Millimeter-Skala Exemplare für Abschnitt-free 3D Histologie durch Mikro-Computertomographie

For over a hundred years, the histological study of tissues has been the gold standard for medical diagnosis because histology allows all cell types in ...