感染から治癒まで。生物活性ヒドロゲルにおける植物ウイルスの使用

From infection to healing: The use of plant viruses in bioactive hydrogels.

• Christina Dickmeis
• Louisa Kauth
• Ulrich Commandeur

抄録

植物ウイルスは、その形状や大きさに大きな多様性を示していますが、各種は対称的で単分散のユニークな核タンパク質粒子を形成しています。植物ウイルスの遺伝的にプログラムされた構造により、遺伝子工学、バイオコンジュゲーション、またはカプセル化によってウイルスを改変し、幅広い用途に適したウイルスナノ粒子（VNP）を形成することができる。植物VNPは、外来タンパク質やエピトープの提示、無機ハイブリッド材料の構築、分子カルゴの運搬に使用することができ、イメージング試薬、免疫調節剤、治療薬、ナノリアクター、およびバイオセンサーとしての利用を可能にします。植物ウイルスの医療応用は、人間の細胞に感染したり複製したりすることができないという利点があります。また、植物ウイルスの構造特性から、組織工学のためのハイドロゲルの構成要素としても有用です。ハイドロゲルは、多量の水を吸収することができる親水性ポリマーからなる三次元ネットワークです。ハイドロゲルは、組織再生のための支持体、薬物放出を制御するための貯蔵庫として使用されており、コンタクトレンズ、多くの創傷治癒材料、および衛生製品に含まれています。また、廃水処理などの生態学的用途にも有用です。ハイドロゲルベースのマトリックスは、ネイティブの細胞外マトリックス（ECM）に構造的に類似しており、細胞の接着のための足場を提供します。ECMの機能を完全に再現するためには、細胞間の相互作用を調節する生物学的な手がかりをヒドロゲルに付加する必要がある。これは、ハイドロゲルの機械的特性とその生物学的特性に影響を与えるリガンドを表示する機能化VNPを組み込むことによって達成することができ、埋め込まれた細胞の生存、増殖、移動、および分化を促進する。この記事は以下のカテゴリに分類されます。移植可能な材料と外科技術 > ナノ材料とインプラント 生物学的にインスパイアされたナノ材料 > タンパク質とウイルスベースの構造 移植可能な材料と外科技術 > 組織修復と置換におけるナノテクノロジー。

Plant viruses show great diversity in shape and size, but each species forms unique nucleoprotein particles that are symmetrical and monodisperse. The genetically programed structure of plant viruses allows them to be modified by genetic engineering, bioconjugation, or encapsulation to form virus nanoparticles (VNPs) that are suitable for a broad range of applications. Plant VNPs can be used to present foreign proteins or epitopes, to construct inorganic hybrid materials, or to carry molecular cargos, allowing their utilization as imaging reagents, immunomodulators, therapeutics, nanoreactors, and biosensors. The medical applications of plant viruses benefit from their inability to infect and replicate in human cells. The structural properties of plant viruses also make them useful as components of hydrogels for tissue engineering. Hydrogels are three-dimensional networks composed of hydrophilic polymers that can absorb large amounts of water. They are used as supports for tissue regeneration, as reservoirs for controlled drug release, and are found in contact lenses, many wound healing materials, and hygiene products. They are also useful in ecological applications such as wastewater treatment. Hydrogel-based matrices are structurally similar to the native extracellular matrix (ECM) and provide a scaffold for the attachment of cells. To fully replicate the functions of the ECM it is necessary to augment hydrogels with biological cues that regulate cellular interactions. This can be achieved by incorporating functionalized VNPs displaying ligands that influence the mechanical characteristics of hydrogels and their biological properties, promoting the survival, proliferation, migration, and differentiation of embedded cells. This article is categorized under: Implantable Materials and Surgical Technologies > Nanomaterials and Implants Biology-Inspired Nanomaterials > Protein and Virus-Based Structures Implantable Materials and Surgical Technologies > Nanotechnology in Tissue Repair and Replacement.

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