Lichtkontrollierbare Systeme auf Pflanzenvirusoberflächen

Ab November 2019 startet das neue Projekt zur Funktionalisierung von lichtkontrollierbaren Systemen auf Pflanzenviruspartikeln. Wir gratulieren Louisa Kauth zum Einwerben des Promotionsstipendiums der RWTH-Graduiertenförderung und freuen uns sehr auf die Zusammenarbeit!

Lichtkontrollierbare Proteine bieten die Möglichkeit, die Bildung von Proteinpaare gezielt zu steuern und somit Einfluss auf verschiedenste zelluläre und molekulare Prozesse zu nehmen. Dadurch gewinnen lichtaktivierbare Systeme zunehmendes Interesse im Bereich der Biomedizin und Biomaterialherstellung. Dabei können bereits bekannte wirksame Proteinpaare genutzt werden. Licht dient als effektiver Stimulus für die Bindung der Proteinpaare und kann mit einer hohen räumlichen und zeitlichen Kontrolle angewandt werden. Zudem ist die Lichtintensität einfach zu steuern und das Lichtspektrum breit.

Bisherige Systeme basieren größtenteils auf der Anregung mit ultraviolettem (UV)-Licht, wodurch sie im Rahmen einer humanen Anwendung nur begrenzt einsetzbar sind, da UV-Licht schädlich für den Menschen ist und zu Erkrankungen der Haut und Zellschädigungen führt. Strahlung größerer Wellenlängen ermöglicht eine tiefere Durchdringung des Gewebes. Die Interaktion solcher Proteine bei Anregung mit entsprechenden Wellenlängen ist damit interessant für spätere Anwendungen.

Die Pflanzenviren Kartoffelvirus X (Potato Virus X, PVX) und Tabakmosaikvirus (Tobacco Mosaic Virus, TMV) sind häufig genutzte virale Expressionsvektoren und können als Nanopartikel zur Präsentation fremder Proteine oder Epitope genutzt werden. Die Verwendung von Pflanzenviruspartikeln in der Biomedizin zeigte bereits vielversprechende Ergebnisse. So konnte für PVX eine gute Durchdringung von Tumorgewebe und eine Trägerfunktion für das in der Krebstherapie verwendete Medikament Doxorubicin nachgewiesen werden, wodurch eine lokale Konzentration des Medikaments in den betroffenen Zellen ermöglicht wurde. Auch in der Biomaterialherstellung finden Pflanzenviren erste Anwendungen in Hydrogelen, um durch die Präsentation von biologischen Signalen eine verbesserte Zelladhäsion zu ermöglichen. Solche pflanzenvirusbasierten Methoden bieten den Vorteil der einfachen Synthese und Aufreinigung der Viruspartikel und der nicht vorhandenen Pathogenität in tierischen Organismen.

Die Nutzung lichtaktivierbarer Proteinpaare in Kombination mit Pflanzenviren als Präsentationssystem dieser Proteine bietet somit eine Möglichkeit zur Anwendung in der Biomedizin oder Biomaterialherstellung. So können Freigabesysteme von Substanzen von der Oberfläche der Pflanzenviren geschaffen oder Hydrogele entwickelt werden, deren mechanische und therapeutische Eigenschaften flexibel an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst werden können.