I virus non sono facili da caratterizzare. Ma è necessario perché essere in grado di prevedere rapidamente la carica superficiale dei virus apre nuove possibilità per la purificazione dei vaccini e la realizzazione di trattamenti di terapia genica per le malattie degli occhi e la distrofia muscolare.

Caryn Heldt, direttore dell'Istituto di ricerca sanitaria presso la Michigan Technological University, studia la chimica della superficie dei virus con finanziamenti attraverso il programma di sviluppo della carriera iniziale (CARRIERA) della facoltà della National Science Foundation. Il suo ultimo documento, pubblicato in Langmuir , si concentra sull'uso della carica superficiale per determinare il punto isoelettrico di un virus, un modo comune per caratterizzare i virus.

L'innovazione è che invece della caratterizzazione di massa, lo sta facendo usando un metodo a particella singola.

"Quindi abbiamo questi metodi di massa in cui mettiamo un virus in soluzione e caratterizziamo la soluzione, " disse Held, che è anche la cattedra James e Lorna Mack in Bioingegneria e professore associato di ingegneria chimica. "Ma se il tuo virus non è completamente purificato, il che è anche difficile da fare, allora la tua caratterizzazione della tua soluzione di massa significa che stai caratterizzando tutto in quella soluzione".

Per migliorare l'accuratezza di questa caratterizzazione, Heldt suggerisce un metodo a particella singola che utilizza la microscopia a forza atomica (AFM). L'adesione tra la sonda AFM e le superfici virali appiccicose può essere misurata, si chiama microscopia a forza chimica (CFM).

"I virus sono queste molecole complicate che hanno molte sostanze chimiche diverse su di esse, "Hold ha detto, aggiungendo che come un grande, molecola complessa un virus raggiunge il suo punto isoelettrico quando tutte le sue cariche negative e positive si bilanciano. "A un pH particolare, il virus ha una carica neutra. Quindi, se vogliamo che il virus abbia una carica positiva, mettiamo il pH al di sotto del punto isoelettrico e viceversa."

Ciò significa che la squadra di Heldt potrebbe rendere la sonda AFM positiva o negativa, quindi eseguire la scansione di una soluzione attraverso diversi pH per determinare il punto isoelettrico di un virus. Per verificare che il metodo abbia funzionato, il team ha utilizzato due virus:parovirus suino senza involucro (PPV), che ha un punto isoelettrico ben documentato, e virus della diarrea virale bovina con involucro (BVDV), che non ha punto isoelettrico noto. I metodi combaciavano.

"Quindi ora possiamo provare a prevedere le condizioni della cromatografia con solo una piccola quantità di virus, "Hold ha detto, spiegando che la cromatografia utilizza la carica superficiale per determinare se un virus è presente in un test medico o per la purificazione del vaccino. "Anche, abbiamo dati preliminari che mostrano che questo potrebbe essere utile per la produzione di virus che potrebbero essere modificati e utilizzati per colpire geni specifici per aiutare con malattie come la distrofia muscolare e alcune malattie della retina".

In entrambi i casi per la cromatografia e la terapia genica, meno è di più. In un corpo o in un vaccino, non ci vuole molto virus per provocare il caos; i metodi a particella singola potrebbero fornire più risposte con un campione più piccolo. Per la terapia genica, usare un mucchio di capsidi virali inattivi che il sistema immunitario di un corpo combatterebbe non è il trattamento ideale; CFM potrebbe distinguere più facilmente i capsidi inattivi da quelli attivi, che potrebbe poi essere purificato per un trattamento più efficace.

In qualità di ingegnere biomedico, Heldt è desideroso di collegare la comprensione fondamentale della chimica dei virus e delle sue applicazioni. Affinando la caratterizzazione dei virus, i metodi a singola particella potrebbero semplificare diversi processi medici, tra cui la produzione di vaccini e la produzione di terapie geniche.