HIV-Based Virus-Like Particles: The Next Step in Targeted Therapy

Abstract

Nanomedicine has emerged in recent years as a field aimed at surpassing the shortcomings of standard medicine. Among the different types of nanoparticles (NPs), virus-like particles (VLPs) arise as promising nanostructures comprised of assembled viral proteins that take structural cues from viruses whilst lacking viral genetic material. Production of these platforms can be carried out in a myriad of expression systems, namely insect cells and mammalian cells. VLPs are characterized by being modifiable, biocompatible, capable of self-assembly, immunogenic, and able to cross cell membranes, and can therefore be harnessed as vaccines, delivery platforms and carriers of imaging molecules. Antibody fragments, such as single-chain variable fragments (scFv), have been widely studied as targeting moieties. This thesis aimed to construct and characterize human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) VLPs that were modified with a scFv derived from trastuzumab, an antibody against the human epidermal growth factor receptor 2 (HER2), and thus provide a proof-of-concept approach for targeted delivery. HEK-293T, a mammalian cell line, was selected for VLP production through transient transfection. Characterization of the VLPs was performed by Western Blot and transmission electron microscopy. The constructed VLPs display the protein of interest and the described morphology. Next, cytotoxicity assays to ascertain the antiproliferative activity of the developed VLPs were conducted in two breast cancer cell lines, an HER2-overexpressing cell line (SK-BR-3) and a cell line that lacks HER2 overexpression (MDA-MB-231). The VLPs do not appear to be cytotoxic, which is an important feature for targeted delivery tools. Lastly, histidine-tagged VLPs were successfully radiolabelled with technetium-99m tricarbonyl and can be used for further in vitro and in vivo studies. Overall, this project set up a novel protocol for the production of a modified HIV-1-based VLP that can potentially be used as a targeted delivery platform for various targets in multiple diseases.

A nanomedicina surgiu recentemente como uma área que visa ultrapassar as lacunas apresentadas pela medicina tradicional. Entre os diferentes tipos de nanopartículas (NPs), as partículas semelhantes a vírus (VLPs) surgem como plataformas promissoras que se assemelham a vírus naturais, mas sem material genético. A produção destas estruturas pode ser feita em células de insetos e células de mamíferos, entre outras. As VLPs são modificáveis, biocompatíveis, imunogénicas, capazes de se auto-montarem e de atravessar membranas celulares, o que permite que possam ser exploradas como vacinas e sistemas de entrega de fármacos e/ou de agentes de imagem. Fragmentos de anticorpos, tais como os fragmentos variáveis de cadeia simples (scFv), têm sido amplamente explorados como forma de adquirir especificidade para um determinado alvo. Este trabalho teve como objetivo a construção e caracterização de VLPs baseadas em vírus da imunodeficiência humana tipo 1 (VIH-1) que foram modificadas com um scFv contra o recetor do fator de crescimento epidérmico humano tipo 2 (HER2). Para tal, a linha celular HEK-293T foi escolhida para a produção de VLPs através de transfecção transitória. A caracterização das VLPs foi realizada através de Western Blot e microscopia eletrónica de transmissão. Os resultados revelaram que as VLPs expressam a proteína de interesse e apresentam a morfologia descrita. De seguida, ensaios de citotoxicidade foram realizados em duas linhas celulares, uma linha celular que sobreexpressa o HER2 (SK-BR-3) e outra que carece dessa sobreexpressão (MDA-MB-231), com o intuito de precisar o efeito citotóxico das VLPs. Estas não aparentam ser citotóxicas. Por último, as VLPs foram marcadas com tecnécio-99m tricarbonilo, e, por conseguinte, podem ser avaliadas em estudos in vitro e in vivo. De forma geral, este projeto estabeleceu um novo protocolo para a produção de uma VLP modificada que poderá eventualmente ser explorada como sistema de entrega para diferentes alvos em múltiplas patologias.