在干细胞药物传输“瓶颈”标识

我们的身体已经进化强大的壁垒,以保护自己免受外来物质——从我们的皮肤,我们的细胞和细胞内的每个组件,我们的身体的每个部分都有防护层。这些防御,虽然至关重要,构成重大挑战制药药物和疗法,如疫苗,必须绕过多个障碍达到他们的目标。

尽管这些障碍是至关重要的在医药科学和药物设计中,仍有许多未知的关于如何克服他们。

在最近的一项研究中,研究人员从西安Jiaotong-Liverpool大学和南京大学在中国和西方在美国华盛顿和埃默里大学,阐明为什么细胞疗法的交付可以如此困难。

克服障碍

Covid-19疫苗,数以百万计的我们已经注射,信使rna保护性脂肪内封闭的泡沫——脂质纳米颗粒,所以它可以通过人体的防御系统,在我们的细胞达到预定目标。

某些类型的细胞,如干细胞、免疫细胞,神经细胞,有障碍,尤其难以克服,所以粒子的传递到这些细胞是更具挑战性。

在这项研究中,发表在美国化学学会的ACS Nano》杂志上,研究人员结合尖端显微技术来追踪纳米颗粒,通常用于药物输送、实时的干细胞。

他们的研究结果表明,在某些类型的细胞中,纳米颗粒在泡沫状的囊泡,因此成为“被困”无法达到他们的目标。

该团队使用他们的发现建立一个数学模型,可以预测有效的交付纳米颗粒进入细胞,和帮助设计未来的疗法。

帮派阮博士研究的通讯作者,说:“我们有粒子进入细胞的交付过程分解为单独的步骤,我们可以想象每个步骤和创建一个窗口机制所使用的这些细胞来保护自己。

“设计改进交付方法治疗,我们需要一个量化的了解细胞和纳米颗粒相互作用的部分。像一个巨大的生物我知道曾经说,如果你要设计一架飞机,你必须分析每个部分的空气动力学在建筑平面上。

“通过寻找瓶颈的纳米颗粒进入细胞,我们的研究结果将为更有针对性和创新疗法铺平道路使用定制的交付,可能个别病人。”

为交付

以前,在细胞成像纳米交付的是有限的,因为所需的快速速度和规模小。然而,多学科小组能够使用他们的不同领域的专业知识来创建创新的方法来克服这些障碍。他们结合了两种类型的显微镜分析,以前只单独使用,使他们学习整个交付过程。

宣杨,他与美术学博士分享这项研究的主要作者,说:“我们能够追踪纳米颗粒的运动逐像素计算,实时,因此想象纳米颗粒在膜的运动障碍,当他们进入每个隔间的干细胞。”

虽然交付纳米颗粒进入细胞的过程是复杂的,由几种机制,通过想象,然后化学修改过程的每个步骤,研究小组确定了关键阶段,防止纳米颗粒对细胞的交付目标。

为了进入细胞,纳米颗粒可以吞没周围的膜细胞,形成泡沫状的囊泡。在许多细胞类型,纳米颗粒会逃离这些泡沫一旦进入细胞。然而,在一些extra-protected细胞,如使用的干细胞在这项研究中,纳米颗粒似乎被困在囊泡,无法逃脱。这意味着他们不能进入细胞,达到他们的目标。

研究人员把他们的观察和分析的数学模型可以有效地预测和快速粒子会通过交付的每一步,进入细胞。

“我们的模型可以用来预测纳米粒子的浓度,细胞在一个特定的位置,在一个特定的时间,”温博士说。

“这个模型的一般方法可以用来将不同类型的纳米颗粒和细胞更好地理解使用的交付机制进入细胞。例如,预测脂质纳米粒子在Covid-19疫苗将信使rna进入细胞。”

史蒂芬·埃默里博士也是该研究的通讯作者,补充说:“能够在地图上标出不同的组件和内部运作构成实时传递途径导致理解如何控制这些途径。这真的可以开放一些令人激动的事情在治疗方面。

“我们希望我们的新工具和系统的理解已经创建了一个立足点,从那里我们和其他研究人员,可以开始攀爬,开始探索。”

参考:温杨X, X,戴J, et al。探索纳米颗粒成hard-to-transfect细胞的胞内交货。ACS Nano。2022;16 (6):8751 - 8765。doi:10.1021 / acsnano.1c07648。

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