Virussen zijn niet gemakkelijk te karakteriseren. Maar we moeten wel, want het snel kunnen voorspellen van de oppervlaktelading van virussen opent nieuwe mogelijkheden voor vaccinzuivering en het maken van gentherapiebehandelingen voor oogziekten en spierdystrofie.

Caryn Heldt, directeur van het Health Research Institute aan de Michigan Technological University, bestudeert virusoppervlaktechemie met financiering via het facultaire programma voor vroege loopbaanontwikkeling (CAREER) van de National Science Foundation. Haar laatste artikel, gepubliceerd in Langmuir , richt zich op het gebruik van oppervlaktelading om het iso-elektrische punt van een virus te bepalen, een gebruikelijke manier om virussen te karakteriseren.

De innovatie is dat in plaats van bulkkarakterisering, ze doet het met behulp van een single-particle methode.

"Dus we hebben deze bulkmethoden waarbij we een virus in oplossing brengen en we karakteriseren de oplossing, " zei Held, die ook de James en Lorna Mack-leerstoel in Bioengineering is en universitair hoofddocent chemische technologie. "Maar als je virus niet volledig is gezuiverd - wat ook moeilijk is - dan betekent je karakterisering van je bulkoplossing dat je alles in die oplossing karakteriseert."

Om de nauwkeurigheid van deze karakterisering te verbeteren, Heldt suggereert een methode met één deeltje die gebruikmaakt van atomaire krachtmicroscopie (AFM). De adhesie tussen de AFM-sonde en de kleverige virusoppervlakken kan worden gemeten - het wordt chemische krachtmicroscopie (CFM) genoemd.

"Virussen zijn deze gecompliceerde moleculen met veel verschillende chemische eigenschappen, "Held zei, toe te voegen dat als een grote, complex molecuul een virus bereikt zijn iso-elektrisch punt wanneer al zijn negatieve en positieve ladingen in evenwicht zijn. "Bij een bepaalde pH, het virus heeft een neutrale lading. Dus als we willen dat het virus een positieve lading heeft, we zetten de pH onder het iso-elektrische punt en vice versa."

Dat betekent dat het team van Heldt de AFM-sonde positief of negatief kan maken, scan vervolgens een oplossing over verschillende pH's om het iso-elektrische punt van een virus te bepalen. Om te controleren of de methode werkte, het team gebruikte twee virussen:non-enveloped porcine parovirus (PPV), die een goed gedocumenteerd iso-elektrisch punt heeft, en omhuld boviene viraal diarreevirus (BVDV), die geen bekend iso-elektrisch punt heeft. De methoden kwamen overeen.

"Dus nu kunnen we proberen chromatografiecondities te voorspellen met slechts een kleine hoeveelheid virus, "Held zei, uitleggen dat chromatografie oppervlaktelading gebruikt om te bepalen of een virus aanwezig is in een medische test of voor vaccinzuivering. "Ook, we hebben voorlopige gegevens die aantonen dat dit nuttig kan zijn voor het maken van virussen die kunnen worden aangepast en gebruikt om specifieke genen aan te pakken om te helpen bij ziekten zoals spierdystrofie en sommige netvliesaandoeningen."

In beide gevallen voor chromatografie en gentherapie, minder is meer. In een lichaam of vaccin, er is niet veel virus nodig om schade aan te richten; Single-particle methoden zouden meer antwoorden kunnen geven met een kleinere steekproef. Voor gentherapie, het gebruik van een stel inactieve viruscapsiden die het immuunsysteem van een lichaam zou bestrijden, is geen ideale behandeling; CFM kon gemakkelijker inactieve van actieve capsiden onderscheiden, die vervolgens kunnen worden gezuiverd voor een effectievere behandeling.

Als biomedisch ingenieur Heldt wil graag een brug slaan tussen het fundamentele begrip van viruschemie en de toepassingen ervan. Door de karakterisering van virussen te verfijnen, Single-particle-methoden zouden verschillende medische processen kunnen stroomlijnen, waaronder de productie van vaccins en de productie van gentherapie.