Virusoverflader hjælper ingeniører med at studere vaccine- og genterapiapplikationer

Virus er ikke nemme at karakterisere. Men det er vi nødt til, fordi det at være i stand til hurtigt at forudsige overfladeladningen af ​​vira åbner nye muligheder for vaccineoprensning og genterapi til behandling af øjensygdomme og muskelsvind.

Caryn Heldt, direktør for Health Research Institute ved Michigan Technological University, studerer virusoverfladekemi med finansiering gennem National Science Foundations fakultetsprogram for tidlig karriereudvikling (CAREER). Hendes seneste avis, udgivet i Langmuir , fokuserer på at bruge overfladeladning til at bestemme en viruss isoelektriske punkt, en almindelig måde at karakterisere vira på.

Innovationen er, at i stedet for bulk karakterisering, hun gør det ved hjælp af en enkelt-partikel metode.

"Så vi har disse bulk-metoder, hvor vi sætter en virus i opløsning og vi karakteriserer løsningen, sagde Heldt, som også er James og Lorna Mack Chair i Bioengineering og lektor i kemiteknik. "Men hvis din virus ikke er fuldstændig renset - hvilket også er svært at gøre - så betyder din karakterisering af din bulk-løsning, at du karakteriserer alt i den løsning."

For at forbedre nøjagtigheden af ​​denne karakterisering, Heldt foreslår en enkelt-partikel metode, der bruger atomic force microscopy (AFM). Adhæsionen mellem AFM-sonden og de klæbrige virusoverflader kan måles - det kaldes kemisk kraftmikroskopi (CFM).

"Virus er disse komplicerede molekyler, der har en masse forskellige kemier på sig, " sagde Heldt, tilføjer, at som en stor, komplekst molekyle et virus når sit isoelektriske punkt, når alle dets negative og positive ladninger balancerer. "Ved en bestemt pH, virussen har en neutral ladning. Så hvis vi ønsker, at virussen skal have en positiv ladning, vi sætter pH under det isoelektriske punkt og omvendt."

Det betyder, at Heldts team kan gøre AFM-sonden positiv eller negativ, scan derefter en opløsning på tværs af forskellige pH-værdier for at bestemme en viruss isoelektriske punkt. For at verificere, at metoden virkede, holdet brugte to vira:non-enveloped porcine parovirus (PPV), som har et veldokumenteret isoelektrisk punkt, og indhyllet bovint viral diarrévirus (BVDV), som ikke har et kendt isoelektrisk punkt. Metoderne passede sammen.

"Så nu kan vi prøve at forudsige kromatografitilstande med kun en lille mængde virus, " sagde Heldt, forklarer, at kromatografi bruger overfladeladning til at bestemme, om en virus er til stede i en medicinsk test eller til vaccineoprensning. "Også, Vi har foreløbige data, der viser, at dette kan være nyttigt til fremstilling af vira, der kan modificeres og bruges til at målrette specifikke gener for at hjælpe med sygdomme som muskeldystrofi og nogle nethindesygdomme."

I begge tilfælde for kromatografi og genterapi, mindre er mere. I en krop eller en vaccine, der skal ikke meget virus til for at skabe kaos; enkeltpartikelmetoder kunne give flere svar med en mindre prøve. Til genterapi, at bruge en masse inaktive viruskapsider, som en krops immunsystem ville bekæmpe, er ikke ideel behandling; CFM kunne lettere skelne inaktive fra aktive capsider, som derefter kunne renses for en mere effektiv behandling.

Som biomedicinsk ingeniør, Heldt er ivrig efter at bygge bro over den grundlæggende forståelse af viruskemi og dens anvendelser. Ved at forfine viruskarakterisering, enkeltpartikelmetoder kunne strømline flere medicinske processer, herunder vaccineproduktion og genterapifremstilling.