A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
חלקיקים נגיפיים צמח (VNPs) מבטיחים פלטפורמות ליישומים ביו. כאן, אנו מתארים את ההליכים להתפשטות צמח VNP, טיהור, אפיון, וbioconjugation. לבסוף, אנו מראים את היישום של VNPs לביות והדמית גידול תוך שימוש במודל עכבר xenograft ודימות פלואורסצנטי.
השימוש של ננו יש פוטנציאל לחולל מהפכה במדע וברפואת חומרים. נכון לעכשיו, מספר החלקיקים שונים הנחקרים בחשד ליישומים בתחום הדמיה וטיפול. חלקיקים נגיפיים (VNPs) המופקים מצמחים יכולים להיחשב bionanomaterials עצמי התאסף עם גדלים וצורות מוגדרות. וירוסי צמחים נחקרים במעבדת שטיינמץ כוללים חלקיקי icosahedral נוצרו על ידי וירוס Cowpea פסיפס (CPMV) ונגיף פסיפס Brome (BMV), אשר שניהם הם 30 ננומטר בקוטר. אנחנו גם בפיתוח מבני מוט בצורה ופילמנטיות נגזרים מוירוסי הצמחים הבאים: וירוס טבק פסיפס (TMV), המהווה מוטות נוקשות עם ממדים של 300 ננומטר על 18 ננומטר, ותפו"א וירוס X (PVX), שיצירת חלקיקים פילמנטיות 515 ננומטר באורך 13 ננומטר ברוחב (הקורא התייחס לשופטים. 1 ו 2 למידע נוסף על VNPs).
> מנקודת מבטו של מדען חומרים של נוף, VNPs הם אבני בניין אטרקטיביים מכמה סיבות: החלקיקים הם monodisperse, ניתן לייצר בקלות בקנה מידה גדול בPlanta, הם במיוחד יציבים, ולא ביולוגיים. כמו כן, VNPs הם יחידות "לתכנות", אשר יכולה להיות מהונדסת במיוחד באמצעות הנדסה גנטית או בשיטות כימיות bioconjugation 3. מבנה VNPs ידוע רזולוציה אטומית, ושינויים יכולים להתבצע עם דיוק המרחבי ברמה האטומית 4, רמת שליטה שלא ניתן להשיג באמצעות ננו הסינטטי עם נוכחיות טכנולוגיות מדינה-of-the-art.
במאמר זה, אנו מתארים את ההתפשטות של CPMV, PVX, TMV, וBMV בצמחי Nicotiana benthamiana Vigna ungiuculata ו. פרוטוקולי שאיבה וטיהור לכל VNP מקבלים. שיטות לאפיון של מטוהרים וVNPs כותרת-כימית מתוארות. במחקר זה, אנו מתמקדים בפרקתיוג emical של VNPs עם fluorophores (למשל Alexa פלואוריד 647) ופוליאתילן גליקול (PEG). את הצבעים להקל על מעקב וזיהוי של VNPs 5-10, וPEG מפחית חיסוני של החלקיקים חלבוניים תוך שיפור הפרמקוקינטיקה 8,11. אנו מראים גידול ביות של VNPs PEGylated באמצעות מודל גידול xenograft עכבר. שילוב של דימות פלואורסצנטי של הרקמות vivo לשעבר באמצעות מערכת הדמית מאסטרו, כימות קרינה ברקמות הומוגניזציה, ומיקרוסקופיה confocal משמש ללמוד biodistribution. VNPs נמחקים באמצעות מערכת reticuloendothelial (מיל '); גידול ביות מושגת באופן פסיבי באמצעות חדירות המשופרות ושמירת האפקט (EPR) 12. ננוטכנולוגיה VNP היא חזק plug-and-לשחק טכנולוגיה לתמונה ולטפל באתרים של מחלה בגוף חי. בנוסף, אנו מפתחים VNPs לשאת מטעני סמים וmoieties הדמיה הרלוונטי קליני-, כמו גם ligands רקמות ספציפיות ללמקד קולטנים מולקולריים overexpressed בסרטן ומחלות לב וכלי דם.
1. VNP (CPMV, BMV, PVX, וTMV) רבייה
CPMV | PVX, TMV, וBMV |
יום 0: הצמח 3 cowpea זרעים / סיר. | יום 0: צמח ~ 30 זרעי N. benthamiana / סיר. לדשן פעם בשבוע עם דשן 1 כף / מים 5 ליטר. |
יום 14: Re-סיר נ benthamiana במפעל 1 / סיר. | |
יום 10: להדביק עלי עלים ראשוניים עם CPMV (5 μg/50 μl / עלה) על ידי הדבקה מכאנית באמצעות שכבה דקה של carborundum. | יום 28: להדביק שלוש עד five עוזב עם PVX, TMV, או BMV (5 μg/50 μl / עלה) על ידי הדבקה מכאנית באמצעות שכבה דקה של carborundum. |
עלי הקציר ולאחסן ב-80 ° C.: 20 היום | עלי הקציר ולאחסן ב-80 ° C.: יום 42 |
טבלה 1. ציר זמן לגידול, מדביק, וקצירת עלים.
הערה: ריבוי CPMV רק הוכיח כדוגמה.
2. VNP (CPMV, BMV, PVX, וTMV) טיהור
הערה: כל הפעולות נעשית על קרח או ב 4 ° C.
CPMV וTMV | חיץ 0.1 מ 'אשלגן פוספט (pH 7.0) 38.5 mM KH 2 PO 4 61.5 mM K 2 HPO 4 |
PVX | 0.5 מ 'borate החיץ (pH 7.8) 0.5 חומצה בורה M התאם pH עם NaOH |
BMV | סמה חיץ (pH 4.5) 25יצטטו נתרן 0 mm 10 mM MgCl 2 2 מ"מ β-mercaptoethanol (להוסיף צח) |
טבלת 2. Buffers והמתכונים שלהם לכל VNP.
הערה: ריבוי CPMV רק הוכיח כדוגמה.
3. VNP (CPMV, BMV, PVX, וTMV) אפיון
4. נטייה כימית של VNPs עם PEG וfluorophores, טיהור, ואפיון
5. מיקוד גידול והדמיה תוך שימוש במודל עכבר xenograft
הערה: ניסויי רקמות תרבות ומחקרים עם בעלי חיים לא הפגינו. ידות על הפגנה תהיינה מוגבלות לעיבוד רקמות ורכישת נתונים. להתייחסות במודל xenograft גידול HT-29, הקורא נקרא שופט 19.
שלוש טכניקות משמשות כדי להעריך את גידול ביות של VNPs:
הערה: הליך זה לא הוכיח, נתונים מייצגים מוצגים באיור 8. להתייחסות באימונוהיסטוכימיה ושיטות הצביעה המתוארת, הקורא נקרא שופט 19.
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.
פרוטוקול זה מספק גישה לשינוי הכימי של VNPs והיישומים שלהם להדמית גידול vivo. הדמית חית פלואורסצנטי, פלואורסצנציה כימות, ואימונוהיסטוכימיה הטכניקות שהוצגו כאן הן שימושיות לחקר biodistribution והערכת גידול ביות. טכניקות אלה מספקים מידע רב ערך לגבי גישה של החלקיקים לגי?...
אין ניגודי האינטרסים הכריזו.
עבודה זו נתמכה על ידי NIH / NIBIB מענקי R00 EB009105 (לNFS) וP30 EB011317 (לNFS), NIH / NIBIB אימוני מענק T32 EB007509 (לAMW), מקרה Reserve University הבינתחומי הברית השקעות גרנט המערבי (לNFS), ומקרה מקיף במרכז סרטן מענק P30 CA043703 (לNFS). אנו מודים לחוקרי הסטודנטים לתואר הראשונים שטינמץ מעבדתם לידות על תמיכה: נדיה איאת, קווין חן, אינדונזית (סיד) דיי, אליס יאנג, סם אלכסנדר, קרייג ד 'קרוז, סטיבן הרן, לורן רנדולף, בריאן אז, ופול Chariou .
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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-mercapt–thanol | 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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved