Virus är inte lätta att karakterisera. Men det måste vi eftersom att snabbt kunna förutsäga virusets ytladdning öppnar nya möjligheter för vaccinrening och att göra genterapibehandlingar för ögonsjukdomar och muskeldystrofi.

Caryn Heldt, chef för Health Research Institute vid Michigan Technological University, studerar virusytekemi med finansiering genom National Science Foundations fakultetsprogram för tidig karriärutveckling (CAREER). Hennes senaste tidning, publiceras i Langmuir , fokuserar på att använda ytladdning för att bestämma ett viruss isoelektriska punkt, ett vanligt sätt att karakterisera virus.

Innovationen är att istället för bulkkarakterisering, hon gör det med en enpartikelmetod.

"Så vi har dessa bulkmetoder där vi sätter ett virus i lösning och vi karakteriserar lösningen, sa Heldt, som också är James och Lorna Mack ordförande i bioteknik och docent i kemiteknik. "Men om ditt virus inte är helt renat - vilket också är svårt att göra - betyder din karaktärisering av din bulklösning att du karakteriserar allt i den lösningen."

För att förbättra noggrannheten i denna karaktärisering, Heldt föreslår en enkelpartikelmetod som använder atomkraftsmikroskopi (AFM). Vidhäftningen mellan AFM-sonden och de klibbiga virusytorna kan mätas - det kallas kemisk kraftmikroskopi (CFM).

"Virus är dessa komplicerade molekyler som har många olika kemier på sig, "Heldt sa, lägga till att som en stor, komplex molekyl ett virus når sin isoelektriska punkt när alla dess negativa och positiva laddningar balanserar ut. "Vid ett visst pH, viruset har en neutral laddning. Så om vi vill att viruset ska ha en positiv laddning, vi sätter pH under den isoelektriska punkten och vice versa."

Det betyder att Heldts team kan göra AFM-sonden positiv eller negativ, skanna sedan en lösning över olika pH-värden för att bestämma ett viruss isoelektriska punkt. För att verifiera att metoden fungerade, teamet använde två virus:non-enveloped porcine parovirus (PPV), som har en väldokumenterad isoelektrisk punkt, och enveloped bovint viralt diarrévirus (BVDV), som inte har en känd isoelektrisk punkt. Metoderna stämde överens.

"Så nu kan vi försöka förutsäga kromatografiförhållanden med bara en liten mängd virus, "Heldt sa, förklarar att kromatografi använder ytladdning för att avgöra om ett virus är närvarande i ett medicinskt test eller för vaccinrening. "Också, Vi har preliminära data som visar att detta kan vara användbart för att tillverka virus som kan modifieras och användas för att rikta in sig på specifika gener för att hjälpa till med sjukdomar som muskeldystrofi och vissa retinala sjukdomar."

I båda fallen för kromatografi och genterapi, mindre är mer. I en kropp eller ett vaccin, det krävs inte mycket virus för att orsaka förödelse; enpartikelmetoder skulle kunna ge fler svar med ett mindre urval. För genterapi, att använda ett gäng inaktiva viruskapsider som kroppens immunsystem skulle bekämpa är inte idealisk behandling; CFM kunde lättare urskilja inaktiva från aktiva kapsider, som sedan skulle kunna renas för en mer effektiv behandling.

Som biomedicinsk ingenjör, Heldt är angelägen om att överbrygga den grundläggande förståelsen av viruskemi och dess tillämpningar. Genom att förfina viruskarakterisering, Enkelpartikelmetoder skulle kunna effektivisera flera medicinska processer inklusive vaccinproduktion och genterapitillverkning.