Czerwone krwinki mogą stać się inspiracją dla nowych systemów dostarczania leków i terapii genowych. Naukowcy z Ohio State University opracowali zmodyfikowane pęcherzyki zewnątrzkomórkowe, które potrafią omijać komórki układu odpornościowego, przenosić różnorodne ładunki terapeutyczne, a nawet preferencyjnie trafiać do komórek nowotworowych. Wyniki badań opublikowano w „Advanced Healthcare Materials”.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak naukowcy wykorzystali lipidy z czerwonych krwinek do stworzenia zmodyfikowanych pęcherzyków zewnątrzkomórkowych służących jako potencjalne nanonośniki terapii.
- W jaki sposób peptyd CD47 pomaga pęcherzykom unikać wychwytywania przez makrofagi oraz dlaczego może to poprawić dostarczanie leków i terapii genowych.
- Jak zmodyfikowane pęcherzyki mogą rozpoznawać komórki nowotworowe PD-L1-dodatnie i jakie znaczenie może mieć ta właściwość w przyszłych terapiach przeciwnowotworowych.
- Dlaczego zamknięcie wektora AAV w pęcherzykach z czerwonych krwinek może być interesującym kierunkiem rozwoju terapii genowej i pomagać chronić go przed przeciwciałami neutralizującymi.
Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe jako naturalny system transportowy
Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (EV) to niewielkie struktury uwalniane przez komórki, które mogą transportować m.in. białka, lipidy i materiał genetyczny. Dzięki temu uczestniczą w komunikacji między komórkami i od dawna wzbudzają zainteresowanie jako potencjalne nośniki terapii. Zespół z Ohio State University początkowo chciał wykorzystać naturalne EV produkowane przez czerwone krwinki. Problemem okazały się jednak możliwości zwiększenia skali produkcji oraz ograniczona elastyczność podczas umieszczania w nich różnych ładunków.
Naukowcy połączyli więc rozwiązania występujące w naturze z inżynierią. Wykorzystując lipidy pozyskiwane z błon czerwonych krwinek oraz technologię mikroprzepływową, stworzyli pęcherzyki naśladujące naturalne EV.
Pod względem składu lipidowego zasadniczo bardzo ściśle odpowiadają one składowi naturalnych pęcherzyków zewnątrzkomórkowych z czerwonych krwinek – powiedział starszy autor, Eduardo Reátegui, profesor inżynierii chemicznej i biomolekularnej na Uniwersytecie Stanowym Ohio. Zachowaliśmy niektóre z ogromnych zalet biologicznych, jakie te cząsteczki posiadają same w sobie, ponieważ są bardzo biokompatybilne.
Od materiału genetycznego po całe wirusy
Jedną z najważniejszych zalet opracowanej platformy jest możliwość kontrolowania zawartości pęcherzyków już podczas ich powstawania. Mikroprzepływy pozwalają umieszczać ładunek terapeutyczny bez konieczności wykonywania dodatkowego etapu załadunku. W eksperymentach naukowcy wprowadzali do pęcherzyków różne rodzaje materiałów – od materiału genetycznego i białek aż po całe wirusy wykorzystywane jako wektory w terapii genowej.
Nie twierdzimy, że nasz proces jest lepszy. Twierdzimy, że mamy znacznie większą kontrolę nad tym, jak ma wyglądać skład tego zmodyfikowanego pęcherzyka – powiedział Reátegui.
Co istotne, źródłem lipidów były przeterminowane czerwone krwinki, których nie można już wykorzystać do transfuzji. Materiał biologiczny, który w innym przypadku zostałby zutylizowany, może więc otrzymać nowe zastosowanie.
CD47 pomaga nanonośnikom uniknąć układu odpornościowego
Jednym z głównych problemów związanych z projektowaniem nośników leków jest reakcja układu odpornościowego. Obca struktura może zostać rozpoznana jako zagrożenie i szybko usunięta z organizmu. Naukowcy zmodyfikowali powierzchnię pęcherzyków, przyłączając do niej peptyd CD47. Eksperymenty wykazały, że pomagało to chronić nośniki przed pochłonięciem przez makrofagi, czyli komórki odpornościowe uczestniczące m.in. w eliminowaniu patogenów i obcych cząstek.
W badaniach na myszach pęcherzyki pozostawały w krwiobiegu i docierały do wielu narządów w sposób przypominający naturalne EV. Szczególnie wyraźną akumulację zaobserwowano w płucach, co może mieć znaczenie przy projektowaniu przyszłych terapii ukierunkowanych na ten narząd.
Pęcherzyki mogą rozpoznawać komórki raka piersi
Kolejnym krokiem było sprawdzenie, czy nośniki można skierować do określonych komórek nowotworowych. W tym celu na ich powierzchni umieszczono cząsteczki rozpoznające PD-L1, w tym nanocząsteczki anty-PD-L1. Badacze wykazali preferencyjny wychwyt tak zmodyfikowanych pęcherzyków przez komórki PD-L1-dodatniego raka piersi. PD-L1 jest ważnym celem współczesnej immunoterapii przeciwnowotworowej.
W przyszłości taka strategia mogłaby potencjalnie umożliwić bardziej precyzyjne dostarczanie substancji terapeutycznych do guza przy jednoczesnym ograniczeniu ich oddziaływania na inne tkanki. Na obecnym etapie technologia pozostaje jednak rozwiązaniem eksperymentalnym.
Nowy sposób dostarczania terapii genowych
Platforma może mieć zastosowanie również w terapii genowej. Naukowcy umieścili w pęcherzykach wirusa towarzyszącego adenowirusom (AAV), który jest powszechnie stosowany jako wektor dostarczający materiał genetyczny.
Naszym zamysłem było pobranie tych cząsteczek AAV i zamknięcie ich w zmodyfikowanych pęcherzykach zewnątrzkomórkowych erytrocytów. Sprawdziliśmy, czy terapia genowa nadal będzie działać i zostanie wprowadzona do komórek, i wykazaliśmy, że tak. Wykazaliśmy również, że AAV będą chronione przed przeciwciałami neutralizującymi – powiedział Reátegui.
Czerwone krwinki mogą dostać „drugie życie”
Technologia ma również wymiar związany z wykorzystaniem materiału biologicznego. Zespół pozyskuje lipidy z przeterminowanych czerwonych krwinek, które nie mogą być już podawane pacjentom.
To podejście jest bardzo zrównoważone, ponieważ te przeterminowane czerwone krwinki w przeciwnym razie zostałyby wyrzucone, ponieważ nie można by ich przetoczyć pacjentom – powiedział Andre Palmer, profesor inżynierii chemicznej i biomolekularnej w Ohio State University.
Naukowcy planują teraz skoncentrować się przede wszystkim na zastosowaniu platformy w terapii genowej oraz dostarczaniu wybranych leków. Szczególnie interesujące mogą okazać się terapie wykorzystujące naturalną skłonność opracowanych pęcherzyków do gromadzenia się w płucach.
Główne wnioski
- Naukowcy z Ohio State University stworzyli zmodyfikowane pęcherzyki zewnątrzkomórkowe z lipidów pozyskiwanych z przeterminowanych czerwonych krwinek, wykorzystując technologię mikroprzepływową.
- Platforma umożliwia umieszczanie w pęcherzykach różnych ładunków – od materiału genetycznego i białek po całe wirusy AAV wykorzystywane w terapii genowej.
- Dodanie peptydu CD47 ograniczało wychwytywanie pęcherzyków przez makrofagi, natomiast modyfikacje rozpoznające PD-L1 pozwalały na preferencyjne kierowanie ich do komórek PD-L1-dodatniego raka piersi.
- W badaniach na myszach zmodyfikowane pęcherzyki pozostawały w krwiobiegu, docierały do wielu narządów i w znacznym stopniu gromadziły się w płucach. Naukowcy planują rozwijać platformę przede wszystkim w kierunku terapii genowej i dostarczania leków.
Źródło:
- https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202504351
- Ohio State University
