Viral nanoparticles (VLPs)

NanoMicrobiol NanoBiotechnol, 2023 (2), 202322

DOI:

Review

Biotechnology of viral nanoparticles

Mohammad poormahiabadi

Department of Medical Biotechnology, Gherash School of Medical Sciences, Gherash, Shiraz

* Correspondence: poormahiabadi@gerums.ac.ir

Abstract

Viral nanoparticles (VNPs) and their counterparts virus-like nanoparticles (VLPs) have been widely used in various fields of electronics and sensors and widely used in clinical settings. These particles have a high degree of symmetry, and are multi-capacity, easily produced on a large scale, are very strong, and have a long shelf life. These particles are biophilic and can sometimes be used orally; these particles are programmable units and can be genetically ordered or attached to them by synthetic chemical methods. Viral nanoparticles have been used as an emerging and interdisciplinary field in various fields such as electronics, energy and new generation medical devices. These particles are a good option for creating new and innovative compounds because they can be programmed using methods. The purpose of this review is to highlight the methods and strategies used to engineer VNPs for medical applications.

Keywords: Nanovirus; Viral carriers; Viral capsid; Viral nanoparticles; Virus-like nanoparticles

1 مقدمه

بشر تا کنون از وسایل موجود در اطرافش جهت مقاصد بسیار متنوع استفاده کرده تا کیفیت زندگی خود را افزایش دهد؛ اما تا قبل از اختراع میکروسکوپ جهان را در مقیاس میکرومتر مشاهده نکرده بود و تصور اینکه موجوداتی تک سلولی با او هم زیست بودند امری غیر قابل باور بود؛ پس از اینکه دانش او در مورد این دنیای جدید افزایش پیدا کرد توانست دنیا را از دید دیگری بنگرد و ایده های فراوانی برای استفاده از این جهان پروراند. سالها به دلیل عدم وجود وسایل و دستگاه های قدرتمند جهت اندازه گیری مقیاس کوچکتر از میکرو هنوز هم نوع نگرش او در مقیاس میکرو بود تا اینکه ریچارد فیلیپس فاینمن و سایر فیزیکدانان بر آن شدند تا نوید دنیای جدیدی در درون دنیای میکرو را بدهند که هزار برابر کوچکتر بود اما در عمل بیش از هزار برابر قدرتمند تر، گسترده تر، جدید تر و جذاب تر بود. دنیای نانو، جهانی جدید اما نه در کهکشانی دیگر بلکه در زیر پوسته همین دنیای مادی ما، با ویژگی هایی که در ابتدا برای عموم جامعه به مثال شعبده بازی می نمود. با گسترش فوق سریع اخبار پیشرفت ها در این زمینه همگان قادر به شناخت نسبی از این جهان شدند تا جایی که دید بشر به جهان ماده به کل تغییر کرد و اکنون حوزه های گسترده ای از کاربرد ها را در زیمنه های بهداشتی درمانی، پوشاک، صنایع نساجی و غیره شاهد هستیم. این جهان برای بشر تازگی داشت اما در طبیعت میلیون ها سال ویروس ها در آن فرمان روایی می کردند. این ذرات بسیار بسیار ریز ماشین های انتقال دهنده اطلاعات خاصی بودند که تکامل پرورانده بود. بشر پس از کسب دانش کافی موفق به ادغام خصوصیات ویروس ها با اطلاعات خام خود در مورد جهان نانو شد و توانست کارایی و دقت را نسبت به قبل هزاران بار افزایش دهد و افق جدیدی در صنایع مختلف پیش روی خود داشته باشد (1).

2 جایگاه ویروس ها در نانوتکنولوژی

دهه ها ویروس ها به عنوان عوامل پاتوژن و بیماری زای موجودات زنده شناخته می شدند اما از دهه 1950 محققان به این ذرات به عنوان ابزار کار ارزشمند می نگرند و ساختار و نحوه عمل آن ها را (به خصوص در مورد باکتریوفاژ) به دقت مورد بررسی قرار داده اند. پس از کشف نقش این ویروس ها به طور گسترده از آنها در سیستم های بیانی استفاده شد تا اینکه در دهه 1970 به عنوان حامل برای انسان مورد استفاده قرار گرفت و متعاقباً به عنوان حامل برای ژن درمانی و همچنین درمان سرطان مورد استفاده قرار گرفت(2, 3). کپسیدهای ویروسی به دلیل اندازه نانو، ساختار متقارن، ظرفیت بارگذاری مناسب، خودآرایی قابل کنترل و سهولت در اصلاح، توجه زیادی را در زمینه نانوبیولوژی به خود جلب کرده اند. اخیراً رویکرد جدیدی برای بهره‌برداری از ویروس‌ها و کپسیدهای آن‌ها برای بیوتکنولوژی و جهت استفاده از آنها برای کاربردهای نانوتکنولوژی شروع شده است. محققین داگلاس و یانگ (دانشگاه ایالتی مونتانا) اولین کسانی بودند که کاربرد یک کپسید ویروس را به عنوان یک نانو ماده در نظر گرفتند (4). آنها ویروس گیاهی لوبیا چشم بلبلی (CCMV) را برای مطالعه خود استفاده کرده اند. CCMV یک پلت فرم بسیار پویا با pH و انتقال ساختاری وابسته به یون فلزی را نشان داد. داگلاس و یانگ از این دینامیک کپسید استفاده کردند و محموله طبیعی (اسید نوکلئیک) را با مواد مصنوعی مبادله کردند. از آن زمان بسیاری از مواد در CCMV و سایر نانوذرات ویروسی (VNP) ها کپسوله شده اند. تقریباً در همان زمان، تیم تحقیقاتی به سرپرستی Mann (دانشگاه بریستول، انگلستان) با استفاده از ذرات میله‌ای شکل TMV (ویروس موزائیک توتون) پیشگام شدند. این ذرات به‌عنوان الگوهایی برای ساخت طیف وسیعی از ساختارهای نانولوله‌ای متالایز شده با استفاده از تکنیک‌های کانی‌سازی استفاده شدند (5). ذرات TMV همچنین برای تولید ساختارهای مختلف (نانولوله ها و نانوسیم ها) برای استفاده در باتری ها و دستگاه های ذخیره سازی داده ها مورد استفاده قرار گرفته اند (6). ساختارهای هیبریدی کپسید- نانوذرات ویروسی که فعالیت‌های زیستی کپسیدهای ویروسی را با عملکرد نانوذرات ترکیب می‌کنند، دسته جدیدی از بیونانومواد هستند که کاربردهای بالقوه زیادی به عنوان حامل های درمانی و تشخیصی، عوامل تصویربرداری و راکتورهای سنتز نانومواد پیشرفته دارند.

3 مروری بر نانوتکنولوژی ویروس ها

به طور کلی ویروس ها از یک ژنوم (از جنس نوکلوئیک اسید) و کپسید (از جنس پروتئین) ساخته شده اند و گاهی یک پوشش (از جنس لیپید) نیز دارند. اکثر کپسید های ویروسی قطری بین 20-500nm دارند و واسطه همین سایز اکثر آنها در بعد نانو تعریف شده و به عنوان نانوذرات از پیش ساخته عملکرد دارند؛ به عنوان مثال ویروس های پستانداران به عنوان حامل برای انتقال ژن استفاده شده اند، ویروس های گیاهی و باکتریوفاژ ها به عنوان دارو رسان و گاهی با هدف تصویر برداری استفاده شده اند و همچنین در صنعت واکسن و ایمنی درمانی نیز ورود کرده اند.(7)

استفاده از ویروس در نانوتکنولوژی نیازمند استفاده از علوم ویروس شناسی، شیمی، بیوتکنولوژی و مهندسی مواد است. نانوذرات ویروسی (viral nanoparticles(VNPs)) و همتایان آن نانوذرات شبه ویروسی (virus-like nanoparticles (VLPs)) در زمینه های متنوع الکترونیک و سنسور ها و به طور گسترده در زمینه های بالینی مورد استفاده قرار گرفته است. این ذرات پراکنش یک اندازه و درجه بالایی از تقارن دارند و چند ظرفیتی نیز می باشند، به راحتی در مقیاس بالا تولید می شوند، بسیار محکم هستند و ماندگاری بالا نیز دارند، زیست دوست بوده و گاهی قابلیت استفاده به صورت خوراکی نیز دارند (8). این ذرات واحد های قابل برنامه ریزی می باشند و می توانند به صورت ژنتیکی دستورزی شوند یا به روش های شیمیایی ترکیباتی به آنها متصل شود (9). دانشمندان تحقایقات زیادی بر روی چگونگی ساخت، عملکرد آنها در صنایع مختلف به خصوص تشخیصی و درمانی انجام داده اند و افق جدیدی را در دنیای نانو به نمایش گذاشته اند.

در سال 2010 Jonathan K.  و همکاران در یک مقاله مروری جامع تحت عنوان “هنر مهندسی نانوذرات ویروسی” مطالبی را منتشر کردند (10). نانوذرات ویروسی به عنوان زمینه ای نوظهور و بین رشته ای در حوزه های مختلف از جمله الکترونیک، انرژی و ابزار های نسل جدید پزشکی مورد استفاده قرار گرفته است. این ذرات گزینه مناسبی برای ساخت ترکیبات جدید و خلاقانه هستند چراکه با استفاده از روش هایی می توان آنها را برنامه ریزی نمود. این روش ها شامل : 1- شیمی بیوکونژوگاسیون      2- تکنیک های انکپسوله کردن      3- استراتژی های مینرالیزاسیون           4- ساخت فیلم و هیدروژل.

جهت استفاده بهینه از ویروس ها در دهه 1970 دانشمندان اقداماتی برای تولید نانوذرات شبه ویروسی (VLP) به عنوان واکسن جهت مقابله با بیماری های ویروسی انجام دادند. VLP ها ویروس های بدون ژنوم هستند که قابلیت بیماری زایی خود را از دست داده اند. این ذرات به دسته های متنوعی تقسیم می شوند به عنوان مثال HPV VLP که از ویروس انسانی پاپیلوما ویروس گرفته شده است. لازم به ذکر است توجه بیشتر دانشمندان در این عرصه بر روی ویروس های گیاهی بوده چرا که برای جانوران بیماری زا نبوده، هزینه تولید پایین دارند و تنوع آنها نیز بسیار گسترده است.

اصطلاح VNP تقریبا از سال 2000 مورد استفاده عموم قرار گرفت و اکنون این لغت معادل نانومحفظه هایی جهت انکپسوله کردن نانومواد سنتزی می باشد. ویروس ها با روش مینرلیزاسیون به عنوان داربست یا الگو برای سرهمبندی نانوذرات متالایز شده و ساختار های نانولوله ای مورد استفاده قرار می گیرند. نانو سیم ها و نانولوله هایی که بدین روسش تولید می شوند در ساخت باتری ها و ابزار های زخیره سازی استفاده می شوند.

در نهایت، شیمی بیوکونژوگاسیون با VNP ها ترکیب شده اند تا کاربردی شوند. مطالعات اولیه نشان داد که اصلاح‌کننده ‌های شیمیایی کوچک مانند رنگ ‌های آلی و نانو ذرات طلا می‌توانند به صورت کووالانسی به VNP‌ها متصل شوند و این فرآیند می‌تواند با دقت اتمی کنترل شود. این امر در تنوع نانوتکنولوژی ویروسی اساسی بوده است زیرا به اجزای عملکردی مانند داروها، معرف‌های هدف‌گیری و مولکول‌های تصویربرداری اجازه می‌دهد به سطح VNP متصل شوند و امکان توسعه دستگاه‌ های «هوشمند» برای کاربردهای پزشکی از جمله تحویل هدفمند دارو و تصویربرداری تشخیصی در درون موجود زنده.

نانوذرات ویروسی پتانسیل عمل در حوزه های متنوعی را دارا می باشند مانند توسعه فیلم ها و آرایه ها برای کاربردهای مختلف از الکترونیک تا مهندسی بافت، طراحی ذخیره سازی داده ها و سایر دستگاه های الکترونیکی، مهندسی ابزارهای هدفمند “هوشمند” برای تصویربرداری و درمان بافتی خاص و توسعه واکسن.به عنوان مثال VLP های ویروس شیرین کاری بوته ای گوجه فرنگی (TBSV) برای نمایش توالی های پپتیدی آنتی ژنی ویروس نقص ایمنی انسانی 1 (HIV 1) مهندسی ژنتیکی شده اند و نشان داده شد که پاسخ های ایمنی خاصی را القا می کنند. استفاده از VNP ها به عنوان واکسن نیز به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است.

از نقطه نظر علم مواد، VNPها جالب هستند زیرا به راحتی می توان آنها را در مقادیر میلی گرم در آزمایشگاه تولید کرد. ذرات حاصل اندازه نانومتری دارند و عموماً متقارن، چند ظرفیتی و  تک پراکنده هستند. کپسیدهای ویروسی می توانند به شکل بیست وجهی یا میله ای باشند. اندازه ذرات بیست وجهی بین 18 تا 500 نانومتر است، در حالی که VNP های میله ای یا رشته ای می توانند تا 2 میکرومتر طول داشته باشند. VNP ها فوق العاده قوی هستند و همچنین در طیف وسیعی از حلال ها پایدار می مانند به عنوان مثال در مخلوط بافر، که برای اصلاح شیمیایی ضروری است.

از آنجایی که کپسیدهای ویروسی پروتئینی هستند، پروتکل های بیوکونژوگاسیون استاندارد که زنجیره های جانبی اسید آمینه واکنش های شیمیایی را بررسی می کنند، می توانند مانند سایر پروتئین ها استفاده شوند. متداول‌ترین واکنش‌هایی که برای اصلاح ویروس‌ها استفاده می‌شوند شامل زنجیره‌های جانبی واکنش‌پذیر لیزین، سیستئین و باقی‌مانده‌های اسید آسپارتیک / گلوتامیک است که برای N hydroxysuccinimidyl (NHS) قابل دسترس هستند.

کپسیدهای ویروسی کارکردهای زیادی دارند، یکی از آنها ایجاد پوسته یا لوله برای محافظت از ژنوم ویروس (که می تواند یک محموله طبیعی در نظر گرفته شود)، و دیگری رساندن محموله به سلول ها و انجام چرخه تکثیر ویروس است. محققانی که VNP ها را توسعه می دهند به دنبال تطبیق ویژگی های طبیعی پروتئین های پوشش ویروس برای حفظ توانایی آنها برای جمع آوری خود در پوسته ها و لوله ها هستند، اما در عین حال اجازه می دهند محموله های مصنوعی مانند پلیمرهای مصنوعی را در خود محصور کنند و امکان کپسوله کردن محموله های مصنوعی مانند پلیمرهای مصنوعی، داروها، معرف های تصویربرداری، سایر پروتئین ها و نانوذرات معدنی را فراهم می کنند.

VNP ها را می توان از میزبان های طبیعی خود یا از سیستم های بیان هترولوگ یا به صورت ذرات دست نخورده حاوی اسیدهای نوکلئیک یا به عنوان VLP هایی که فاقد مواد ژنتیکی هستند، خالص سازی کرد. چندین روش توسعه داده شده است که به VNP ها اجازه می دهد تا در مونومرهای پروتئین پوششی در شرایط آزمایشگاهی جدا شوند و با یک محموله مصنوعی مخلوط شوند، به طوری که VNP های ترکیبی محموله را می توان دوباره مونتاژ کرد. VNP ها همچنین می توانند به عنوان مخازن واکنش محدود برای سنتز فضایی محدود مواد در داخل کپسید مورد استفاده قرار گیرند. در نهایت، منافذ در ساختار کپسید به مولکول‌های کوچک اجازه می‌دهند بین محیط خارجی و داخل کپسید پخش شوند. حفظ مولکول‌ها در کپسید را می‌تواند توسط اتصال کووالانسی، برهم‌کنش با اسیدهای نوکلئیک محصور شده و به دام افتادن در داخل کپسید     با بهره‌برداری از مکانیسم‌های تورم وابسته به کپسید انجام شود. (11)

در در سال 2010 مقاله ای دیگر توسط Nicole F. و همکاران در کالیفرنیا تحت عنوان “نانوذرات ویروسی به عنوان خط مشی نسل جدید ابزار های شناسایی و درمانی” در ژورنال nanomedicine به چاپ رسید (12). نانومواد برای کاربردهای بالقوه در زیست پزشکی، مانند تصویربرداری از بافت به طور اختصاصی و تحویل دارو توسعه یافته اند. پلتفرم‌های مختلفی در دست توسعه هستند که هر کدام دارای مزایا و معایبی هستند، اما نانوذرات ویروسی (VNPs) جایگاه ویژه ای دارند زیرا نانومواد طبیعی هستند و به این ترتیب هم زیست سازگار و هم زیست تخریب‌پذیر هستند. VNP ها را می توان با استفاده از پروتکل های ژنتیکی و شیمیایی طراحی و مهندسی کرد. استفاده از VNP ها از زمان معرفی آنها در 1990 به سرعت تکامل یافته است، و شامل شیمی های متعدد و استراتژی های اصلاحی است که امکان عملکرد VNP ها را با واکنشگرهای تصویربرداری، مورد هدف قرار گیری لیگاندها و مولکول های درمانی را فراهم می کند.

نانوذرات ویروسی (VNPs) فرمول‌بندی‌های نانوذراتی مبتنی بر ویروس هستند که می‌توانند به عنوان یک بلوک ساختمانی برای مواد جدید با خواص مختلف استفاده شوند. VNP ها می توانند فاژهای باکتری یا ویروس های گیاهی یا حیوانی باشند و می توانند عفونی یا غیر عفونی باشند. ذرات ویروس مانند (VLPs) زیرمجموعه ای از VNP ها هستند که در سیستم های هترولوگ بیان می شوند اما فاقد هر گونه اسید نوکلئیک ژنومی هستند که این ویژگی باعث غیر عفونی شدن آنها می شود. VNP ها سیستم های پویا و خودآرایی هستند که ساختارهای بسیار متقارن، چند ظرفیتی و تک پراکنده را تشکیل می دهند. آنها فوق العاده قوی هستند، می توان آنها را در مقادیر زیاد در زمان کوتاه تولید کرد و داربست های قابل برنامه ریزی را ارائه می دهد. VNP ها مزیت هایی نسبت به نانومواد مصنوعی دارند، در درجه اول به این دلیل که زیست سازگار و زیست تخریب پذیر هستند. VNP های مشتق شده از ویروس ها و باکتریوفاژهای گیاهی مزیت خاصی دارند، زیرا احتمال بیماری زا بودن آنها در انسان کمتر است و بنابراین احتمال کمتری دارد که عوارض جانبی نامطلوب ایجاد کنند.

طیف گسترده ای از VNP های مختلف در دسترس است و هر پلتفرم را می توان برای برنامه های کاربردی متمایز طراحی کرد. به عنوان مثال، VNP های میله ای می توانند به عنوان الگوهایی برای واکنش های مینرالیزیشن و متالیزیشن توسعه داده شوند. تمایل آنها به تشکیل آرایه‌های کریستالی یک و دو بعدی برای ساخت مواد هیبریدی بسیار منظم مورد استفاده قرار گرفته است. بنابراین دسترسی به حفره داخلی به عنوان یک محیط واکنش محدود یا واحد ذخیره سازی امکان پذیر است، استراتژی های خود مونتاژی برای انکپسوله کردن مواد در داخل آنها توسعه داده شده است.

برای اعطای عملکردهای مختلف به VNPها، طیف وسیعی از شیمی مزدوج را می‌توان پیاده‌سازی کرد. لیگاند ها از اصلاح‌کننده‌های شیمیایی کوچک گرفته تا پپتیدها و پروتئین‌ها و حتی به نانوذرات اضافی را می‌توان با مهندسی ژنتیک، بیوکونژوگاسیون شیمیایی و یا مینرالیزاسیون به هم متصل کرد. ویروس‌های پستانداران (مانند آدنوویروس) نیز در زمینه نانوتکنولوژی مورد بررسی قرار گرفته‌اند، اما در حال حاضر کاربرد اصلی آنها انتقال ژن است و نه تحویل دارو یا تصویربرداری.

هنگام توسعه مواد جدید برای کاربرد در زیست پزشکی، درک خواص in vivo آنها، به ویژه هرگونه اثرات سمی بالقوه ضروری است. مسمومیت قطعاً هنگام برخورد با پاتوژن‌های انسانی مانند آدنوویروس، حتی در هنگام استفاده از سویه‌های دارای نقص همانندسازی، چالش‌برانگیز بوده است. VNP‌های مشتق شده از باکتریوفاژها و ویروس‌های گیاهی بسیار ایمن‌تر در نظر گرفته می‌شوند زیرا انسان میزبان طبیعی این ویروس‌ها نیست. مطالعات کمی در توصیف خصوصیات چنین سیستم عامل های VNP در داخل بدن انجام شده است. مطالعات حیوانی با ویروس موزاییک لوبیا چشم بلبلی VNPs مشتق از گیاه (CPMV) و ویروس خالدار کلروتیک لوبیا چشم بلبلی (CCMV) و همچنین با فاژهای Qβ و M13 انجام شده است.

PEGylation، اتصال پلی اتیلن گلیکول (PEG)، یک استراتژی رایج در زیست پزشکی برای کاهش یا حذف فعل و انفعالات زیستی خاص است. PEG یک پلیمر آبدوست بدون بار است که غیر سمی است و توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده تایید شده است. علاوه بر کاهش فعل و انفعالات زیستی خاص و در نتیجه ایمنی زایی، حلالیت و پایداری مولکول هایی را که به آن متصل است افزایش می دهد و در نتیجه زمان گردش در پلاسما را افزایش می دهد. نسخه های PEGylated VNP ها بر اساس ویروس سیب زمینی X (PVX)، ویروس موزاییک تنباکو (TMV) و باکتریوفاژ MS2 تولید شده اند. PEGylation نیز به طور گسترده با استفاده از فرمول های مختلف CPMV مورد مطالعه قرار گرفته است. PEGylating CPMV برهمکنش های آن با سلول ها را در شرایط in vitro و in vivo  کاهش می دهد و به طور موثری از القای پاسخ ایمنی اولیه ذرات جلوگیری می کند. کارایی محافظ به طول زنجیره PEG بستگی دارد، تنها حداقل پوشش سطح برای جلوگیری از تعاملات سلولی CPMV مورد نیاز است. داده های مشابهی برای فرمولاسیون PVX PEGylated به دست آمده است که نشان می دهد PEGylation محدود برای محافظت کافی است در حالی که هنوز یک سطح بزرگ برای اصلاح بیشتر با هدف گیری، تصویربرداری و لیگاندهای درمانی باقی می گذارد.

طیف گسترده ای از اصول طراحی برای فرموله کردن سیستم های VNP هیبریدی برای کاربردهای تصویربرداری ایجاد شده است. VNP ها را می توان با فلوروفورهای آلی برای تصویربرداری نوری، کمپلکس های گادولینیوم (Gd) برای تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) و QD ها یا نانوذرات فلزی برای تشخیص با استفاده از روش های مختلف طیف سنجی اصلاح کرد. با کاربردهای بالقوه مفید حسگر زیستی؛ برای مثال، طیف‌سنجی تک ویروسی با استفاده از ویروس موزاییک بروم (BMV) حاوی هسته‌های طلا در پلانتا نشان داده شده است. سنگدانه های ترکیبی CPMV و QDs نیز با موفقیت مونتاژ شده اند.

درمان هدفمند مستلزم آن است که داروها به طور مستقیم با بافت هدف تعامل داشته باشند و در عین حال از سلول های سالم اجتناب کنند. تحویل هدفمند مولکول‌های تصویربرداری و درمانی، تشخیص را دقیق‌تر می‌کند و اثرات غیر هدف مرتبط با داروها را کاهش می‌دهد. توسعه فن‌آوری‌های نمایش فاژ منجر به شناسایی نشانگرهای خاص تومور و لیگاندهای آن‌ها و همچنین پپتیدهای خونی عروقی شده است. کشف این لیگاندها انقلابی در این زمینه ایجاد کرده و درها را برای توسعه معرف های هدفمند خاص باز کرده است. به عنوان مثال CPMV یک VNP با میل ترکیبی طبیعی برای سلول های اندوتلیال پستانداران برای مقاصد ذکر شده مورد استفاده قرار می گیرد.

در سال 2011 Ibrahim Yildiz و همکاران در مقاله ای تحت عنوان “کاربردهای نانوذرات ویروسی در پزشکی” اصول حاکم در زمینه استفاده از VNP و VLP به عنوان ابزار های امیدوار کننده با آینده ای روشن را مورد بررسی قرار دادند (13). ایشان نشان دادند نانوتکنولوژی با استفاده از نانوذرات حیطه جدیدی را در علم پزشکی به نام نانوپزشکی به وجود آورده است که دو حوزه مهم آن دارورسانی هدفمند و تصویر برداری های تشخیصی با دقت بسیار بالا می باشد. این ذرات با توجه به نسبت سطح به حجم زیاد قابلیت بارگذاری مقدار به نسبت زیادی از دارو را دارند و همینطور به دلیل اندازه کوچک میتوان یک محل هدف دقیق را با معرف رنگی مورد شناسایی قرار داد. ویژگی مثبت دیگر این نانوذرات زیست دوست بودن آنهاست که سبب می شود نتایج حاصل از آزمایشات In vitro برای In vivo نیز قابل تعمیم باشد.

در مورد تولید VNP لازم به ذکر است که در میزبان طبیعی خود با تیتر بالا تولید می شود و نیاز به مهندسی پیچیده تولید نیست اما VLP باید در سیستم های بیانی هترولوگ بیان شود. از جمله میزبان های هترولوگ آنها می توان به موارد زیل اشاره کرد : Brome mosaic virus (BMV), Cowpea chlorotic mottle virus (CCMV), Cowpea mosaic virus (CPMV) Potato virus X (PVX) و Tobacco mosaic virus (TMV) .

نتیجه گیری

محققین داگلاس و یانگ (دانشگاه ایالتی مونتانا) اولین کسانی بودند که کاربرد یک کپسید ویروس را به عنوان یک نانو ماده در نظر گرفتند. VNPs و VLPs در زمینه های متنوع الکترونیک و سنسور ها و به طور گسترده در زمینه های بالینی مورد استفاده قرار گرفته است. این ذرات پراکنش یک اندازه و درجه بالایی از تقارن دارند و چند ظرفیتی نیز می باشند، به راحتی در مقیاس بالا تولید می شوند، بسیار محکم هستند و ماندگاری بالا نیز دارند. این ذرات زیست دوست بوده و گاهی قابلیت استفاده به صورت خوراکی نیز دارند این ذرات واحد های قابل برنامه ریزی می باشند و می توانند به صورت ژنتیکی دستورزی شوند یا به روش های شیمیایی ترکیباتی به آنها متصل شود. نانوذرات ویروسی به عنوان زمینه ای نوظهور و بین رشته ای در حوزه های مختلف از جمله الکترونیک، انرژی و ابزار های نسل جدید پزشکی مورد استفاده قرار گرفته است. این ذرات گزینه مناسبی برای ساخت ترکیبات جدید و خلاقانه هستند چراکه با استفاده از روش هایی می توان آنها را برنامه ریزی نمود. هم اکنون طیف گسترده ای از VNP و VLPهای مختلف در دسترس است و هر پلتفرم را می توان برای برنامه های کاربردی متمایز طراحی کرد.

فهرست منابع:

1. Steinmetz NF. Viral nanoparticles as platforms for next-generation therapeutics and imaging devices. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2010;6(5):634-41.
2. Harper DR. Biological control by microorganisms. e LS. 2001.
3. Harper DR, Burrowes BH, Kutter EM. Bacteriophage: therapeutic uses. eLS. 2014.
4. Douglas T, Young M. Host–guest encapsulation of materials by assembled virus protein cages. Nature. 1998;393(6681):152-5.
5. Shenton W, Douglas T, Young M, Stubbs G, Mann S. Inorganic–organic nanotube composites from template mineralization of tobacco mosaic virus. Advanced Materials. 1999;11(3):253-6.
6. Lee YJ, Yi H, Kim W-J, Kang K, Yun DS, Strano MS, et al. Fabricating genetically engineered high-power lithium-ion batteries using multiple virus genes. Science. 2009;324(5930):1051-5.
7. Wen AM, Steinmetz NF. Design of virus-based nanomaterials for medicine, biotechnology, and energy. Chem Soc Rev. 2016;45(15):4074-126.
8. Steinmetz NF, Manchester M. Viral nanoparticles: tools for material science and biomedicine: Pan Stanford Publishing; 2011.
9. Thangavelu RM, Sundarajan D, Savaas Umar MR, Denison MIJ, Gunasekaran D, Rajendran G, et al. Developing a Programmable, Self-Assembling Squash Leaf Curl China Virus (SLCCNV) Capsid Proteins into “Nanocargo”-like Architecture. ACS Appl Bio Mater. 2018;1(5):1741-57.
10. Pokorski J, Steinmetz N. The Art of Engineering Viral Nanoparticles. Molecular pharmaceutics. 2010;8:29-43.
11. Pokorski JK, Steinmetz NF. The art of engineering viral nanoparticles. Molecular pharmaceutics. 2011;8(1):29-43.
12. Steinmetz NF. Viral nanoparticles as platforms for next-generation therapeutics and imaging devices. Nanomedicine. 2010;6(5):634-41.
13. Yildiz I, Shukla S, Steinmetz NF. Applications of viral nanoparticles in medicine. Curr Opin Biotechnol. 2011;22(6):901-8.