Kombinezon poprawia bezpieczeństwo i skuteczność nanomedycyny
Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe to maleńkie cząsteczki charakteryzujące się wielkością w zakresie od 50 do 1000 nanometrów, które komórki wytwarzają w celu wzajemnej komunikacji. „Można o nich myśleć jak o maleńkich przesyłkach wysyłanych między komórkami, przenoszących ważne wiadomości biologiczne, takie jak białka i materiał genetyczny”, wyjaśnia koordynator projektu BOW Paolo Bergese z ramienia Uniwersytetu w Brescii i Ośrodka Badań Koloidów i Powierzchni we Włoszech. „Pęcherzyki te odgrywają kluczową rolę zarówno w zapewnianiu zdrowego funkcjonowania organizmu, jak i w procesach chorobowych”.
Wykorzystanie pęcherzyków zewnątrzkomórkowych w nanomedycynie
Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu BOW znalazł w pęcherzykach zewnątrzkomórkowych inspirację do stawienia czoła kluczowemu wyzwaniu w nanomedycynie. Naukowcy są coraz bardziej zainteresowani wykorzystaniem nanocząsteczek do konkretnych zastosowań medycznych, na przykład w celu dostarczania leków bezpośrednio do określonych komórek. Jednym z kluczowych problemów jest jednak zapewnienie, że nanocząsteczki nie zostaną odrzucone przez układ odpornościowy organizmu. „Choć syntetyczne nanocząsteczki mogą stanowić prawdziwy przełom w medycynie, ich stosowanie wymaga uporania się z problemami takimi jak wysoka toksyczność”, wyjaśnia Bergese. „Nasza koncepcja zakłada »ubranie« tych cząsteczek w swoisty biologiczny »kombinezon« wykonany z materiału, z którego zbudowane są pęcherzyki zewnątrzkomórkowe, czyli otaczającej je membrany, która umożliwia im bezpieczne poruszanie się po krwiobiegu, bez ryzyka, że zostaną zaatakowane lub zlikwidowane przez układ odpornościowy”. Aby to osiągnąć, naukowcy najpierw wyprodukowali i zbadali pęcherzyki zewnątrzkomórkowe oparte na komórkach ludzi i glonów. Następnie opracowali nanocząstki superparamagnetyczne, które charakteryzują się wyjątkową reakcją na pola magnetyczne, a obecnie bada się je pod kątem zastosowań klinicznych w bioobrazowaniu i magnetycznej terapii hipertermicznej umożliwiającej bezinwazyjne niszczenie guzów nowotworowych. Następnie zespół opracował specjalne urządzenie mikroprzepływowe pozwalające na owijanie nanocząstek w błony pęcherzyków zewnątrzkomórkowych, dzięki czemu powstały hybrydowe nanourządzenia. Naukowcy zbadali te nowe hybrydowe cząsteczki w ramach doświadczeń przeprowadzonych zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i na organizmach zwierzęcych, aby ocenić ich bezpieczeństwo i skuteczność.
Powlekanie nanocząsteczek naturalnymi membranami
W ramach projektu osiągnięto kilka istotnych rezultatów, w tym możliwość wytwarzania hybrydowych nanocząstek wyposażonych w ochronną powłokę biologiczną. Badacze wykazali, że jej zastosowanie zmniejsza toksyczność. Udało się także zademonstrować poprawę wydajności tworzenia tych hybrydowych cząstek dzięki systemowi mikroprzepływowemu. „Wykazaliśmy, że hybrydowe cząsteczki mogą zostać potencjalnie wykorzystane w medycynie, szczególnie w leczeniu chorób płuc, między innymi zwłóknienia”, dodaje Bergese. „Opracowaliśmy także szereg nowych narzędzi umożliwiających badanie tych nanocząstek, dzięki czemu przyszłe badania będą łatwiejsze i bardziej wiarygodne”. Celem prac jest opracowanie bezpieczniejszych i skuteczniejszych metod leczenia chorób dzięki usprawnieniu sposobów dostarczania leków do organizmu. „Powlekając nanocząsteczki naturalnymi membranami możemy zwiększyć ich biokompatybilność, ograniczyć występowanie skutków ubocznych i zwiększyć możliwości dostarczania ich do właściwych komórek”, wyjaśnia Bergese. „Ponadto postępy, jakie udało się poczynić zespołowi, mogą przyczynić się do rozwoju skuteczniejszych metod dostarczania leków w innych dziedzinach medycyny”.
Zwiększanie skali produkcji nanocząstek hybrydowych
W celu wykorzystania nowej technologii w rzeczywistych zastosowaniach, naukowcy muszą teraz zwiększyć skalę produkcji hybrydowych nanocząstek i zadbać o ich zgodność z normami. Konieczne jest także przeprowadzenie dalszych badań w celu weryfikacji bezpieczeństwa i skuteczności nowej metody u ludzi. Zespół zamierza kontynuować współpracę z partnerami branżowymi w celu wprowadzenia technologii na rynek, by docelowo mogła pomagać pacjentom. „Nasz projekt położył podwaliny pod nowy rodzaj nanotechnologii, która łączy nanocząstki biogenne i syntetyczne”, mówi Bergese. „Sukces tego projektu wzmacnia również czołową pozycję Europy w zakresie badań biomedycznych, co może przełożyć się na nowe przełomy w medycynie i rozwój dziedziny biotechnologii”.
Słowa kluczowe
BOW, nanocząsteczki, nanomedycyna, membrana, zewnątrzkomórkowe, pęcherzyki, biotechnologia
