Resumen de Biotechnological engineering of turnip mosaic virus-derived nanoparticles by functionalization with natural compounds of different biological activities
- español
En la presente tésis se evalúan nanopartículas de planta derivdas del Virus del Mosaico del Nabo (TuMV) como plataformas tecnológicas. Estas nanopartículas virales (VNPs) pueden ser modificadas químicamente al conjugar moléculas a la superficie de la cápside del virus. Lo anterior permite diseñar nanopartículas que responden a un número de necesidades, lo que las hace un biomaterial invaluable. Las VNPs fueron producidas al inocular mostaza de la india (Brassica juncea). Se analizó el potencial de TuMV para aplicaciones biomédicas evaluando su citotoxicidad en cultivos celulares. Se conjugaron químicamente las moléculas fluorescentes Alexa555 y Cy5.5 para determinar la interacción de TuMV con células de mamífero. Se encontró que TuMV tiene interacción con las células en la parte exterior de la membrana plasmática y se encontraron evidencias de TuMV en el espacio intracelular. Se inyectó TuMV-Cy5.5 a ratones immunodeficients Foxn1nu, se hizo un seguimiento in vivo por cuatro días, se sacrificasron los animales y se recogieron muestras de tejido para determinar la distribución de TuMV en órganos. Se encontró que que las nanopartículas se acumulan en el higado y en tejido de tumor lo que abre la puerta para el uso de TuMV como agente terapéutico o de diagnóstico.
En esta tésis, la conjugación química de epigalocatequina galato (EGCG) fue realizada mediante la reacción de Mannich. Se encontró que TuMV-EGCG muestra una actividad antimicrobiana, antibiofilm y antitumoral superior en comparación de EGCG libre. Los ensayo in vivo de Pseudomonas syringae en plantasde tomate motraron que EGCG-TuMV es capaz de disminuir virulencia bacteriana. En cuanto a la actividad antiviral, se encontró que EGCG-TuMV muestra un menor efecto en la inhibición de infección del virus del zica (ZIKV).
Finalmente, TuMV fue evaluado como un aditivo para gelatina metacrilada (GelMA). Los hidrogeles han cobrado importancia debido a que tienen cualidades similares a la matriz extracelullar de mamíferos y se han convertido en un biomaterial clave para la ingeniería de tejido. Los ensayos con formulaciones de TuMV-GelMA mostraron su compatibilidad como biotinta para impresiones tridimensionales que pueden ser usadas como soporte para cultivo celular. El factor de crecimiento epitelial (EGF) fue conjugado químicamente a la superficie de TuMV y se generaron formulaciones funcionalizadas de TuMV-GelMA. Se encontró que EGF retiene su actividad y su adición a la matriz de gel permite proliferación celular.
En este trabajo se pone de manifiesto la versatilidad de TuMV como herramienta tecnológica. Es posible modificar la superficie de la cápside con diferentes moléculas de diferentes actividades biológicas manteniendo su actividad. Lo anterior reafirma su potencial para numerosas aplicaciones biotecnlógicas.
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ABSTRACT In this thesis, plant-nanoparticles derived from Turnip mosaic virus (TuMV) where evaluated as technological platforms. These Viral Nanoparticles (VNPs) can be modified by chemically attaching molecules to its surface in order to cater different purposes which make them valuable biomaterials. The VNPs were produced by inoculation of Indian mustard (Brassica juncea). TuMV was evaluated for biomedical applitcations by testing cytotoxicity to cell cultures. Furthermore, TuMV was coupled with fluorescent molecules Alexa555 and Cy5.5 to assess interaction of TuMV with cells. Interaction of TuMV with mammal cell lines was found at both extracellular and intracellular levels. TuMV-Cy5.5 was injected to immunodeficient mice (Foxn1nu), followed in vivo for four days and organs were harvested to determine organ distribution of VNP distribution. It was found that liver and tumor tissue showed the highest accumulation of TuMV-Cy5.5.
In this thesis, the chemical conjugation of epigallocatechin gallate (EGCG) was performed via Mannich reaction. TuMV-EGCG showed enhanced antimicrobial, antibiofilm and antitumor activity in comparison to free EGCG. In vivo assays of Pseudomonas syringae against tomato plants showed that EGCG-TuMV was capable of diminishing bacterial virulence. Also, antiviral activity against zika virus (ZIKV) was tested finding low antiviral activity.
TuMV was tested as an additive for gelatyn methacryloil (GelMa). Hydrogels resemble some of the properties of the extracellular matrix in mammals and have become a key biomaterial in the tissue engineering arena. Assays with TuMV-GelMA formulations showed that this can be use as a bioink for 3-D printing and as a scaffold for cell proliferation enhancing enlongation. Furthermore the epithelial growth factor (EGF) was chemically attached to TuMV surface and used as an functionalized additive for GelMa bioinks. Tests showed that EGF retained its activity and its addition to a gel matrix allowed cellular prolifetation.
In this thesis, the possibility of chemically attach different molecules while retaining its activity is proven. Also, it tests the versatility of TuMV as a biomaterial that can be used in an array of different scenarios.
