Hvordan kroppens leveringssystem kunne føre til målrettet behandling

I en post-pandemisk verden er vi vant til at sende og modtage pakker, få dagligvarer og varer leveret til vores dør, sende beskeder og varer til kære, vi ikke kan se. Vi har vænnet os til at sende og modtage mange små pakker, men vidste du, at det bedste pakkesystem i verden kan findes i vores egen krop?

Dan Lark, Ph.D., assisterende professor i Colorado State University Department of Health and Exercise Science og hovedforsker for Extracellular Regulation of Metabolism Laboratory, arbejder sammen med Zackary Valenti, en ph.d.-studerende i afdelingens Human Bioenergetics Ph.D. program, for at studere de vigtigste måder, celler kommunikerer med hinanden på.

I enhver menneskelig krop sender og modtager celler konstant genstande, accepterer nødvendige næringsstoffer og sender affald væk ved at bruge ekstracellulære vesikler, små kapsler lavet af et lipid-dobbeltlag, der knopper ud af den første celle og rejser til den accepterende celle, som accepterer det og reabsorberer pakke med varer sendt fra de andre celler. Næsten alle celler kan skabe ekstracellulære vesikler, og der er en række måder, hvorpå vores kroppe bruger disse celler til at kommunikere, genopfylde næringsstoffer eller eliminere affald, samt spille nøgleroller i processer for immunrespons og koagulation, blandt andre cellulære responser.

Selvom vi ved, at ekstracellulære vesikler spiller nøgleroller i cellekommunikation og mange vigtige kropsprocesser, er der stadig mange spørgsmål om, hvordan og hvornår ekstracellulære vesikler fungerer, hvilket kan være kritiske biomarkører for sygdom. Disse spørgsmål er præcis, hvad Lark, Valenti og forskerholdet ved Extracellular Regulation of Metabolism Laboratory ønsker at besvare.

Valenti har sammen med et team af forskere set på, hvordan disse ekstracellulære vesikler udskilles af forskellige vævstyper, specifikt skeletmuskelvæv og hvidt fedtvæv, for at se, om disse vesikler kan påvises i blodet, et område af feltet, der har modtaget minimal forskning i fortiden. Finansieret af American Heart Association havde arbejdet til formål at se, om skeletvævet naturligt udskiller flere vesikler end fedtvævet og havde til formål at definere oprindelsen og forekomsten af ​​disse vesikler, så de kunne bruges som biomarkører og potentielt føre til manipulerede terapier for patienter.

Vesikler kan være nøglen til fremtiden for målrettet medicin

Ligesom postsystemet er vesikler i din krop små pakker, der leverer RNA, DNA, lipider, proteiner og andre cellulære materialer mellem celler, både nær og langt til cellen, vesiklen stammer fra, og som bevæger sig gennem biovæsker i kroppen for at nå deres destination.

Vesikler er kendt for at spille en nøglerolle i immun- og reparationsresponser, så forskere er interesserede i deres evner, da de kunne være en potentiel måde at levere fremtidige målrettede behandlinger fra celle til celle i kroppen, bære medicin eller konstruerede behandlinger til meget specifikke målrettede regioner eller naturligt omdirigere eksisterende vesikler for at udløse naturlige immunresponser, når folks kroppe ikke producerer de korrekte responser på egen hånd.

Potentialet i dette felt for terapier er stort, så forskere er meget interesserede i at bestemme, hvordan og hvorfor vesikler virker og kommunikerer, og hvornår og hvordan de er lavet, så vi bedre kan spore og forudsige dem som begge biomarkører for at advare om mulig skade. og sygdom, samt hvordan de kan bruges sammen med eksisterende terapier eller endda føre til skabelsen af ​​nye, målrettede terapier.

Lark og hans forskerhold har en særlig interesse i at lære, hvordan ekstracellulære vesikler virker, og hvordan man kan udnytte dem til fremtidige behandlinger.

"Vores laboratorium er interesseret i at forstå, hvordan celler, væv og organer kommunikerer," siger Lark. "Vi studerer små celle-afledte partikler kaldet ekstracellulære vesikler, som kan frigives fra enhver celle i kroppen og har været impliceret i kræft, stofskifte- og hjerte-kar-sygdomme. Vi studerer, hvordan, hvornår og hvorfor EV'er frigives fra skeletmuskulaturen under motion eller som reaktion på forskellige diæter. Vores langsigtede mål er at identificere EV-baserede terapier til forebyggelse og/eller behandling af stofskiftesygdomme."

Lark, Valenti og andre er medforfattere til et nyt papir om sekreter fra ekstracellulære vesikler offentliggjort i American Journal of Physiology–Cell Physiology , udgivet februar 2022.

Lyser på vesikelproduktion

For at kunne bruge disse biologiske værktøjer til fremtidens medicin, sigter videnskabsmænd og forskere på bedre at forstå, hvordan de fungerer og udfylde hullerne i vores forståelse af, hvordan de virker naturligt, før de ser på måder at bruge dem til behandlinger på.

"Der er en række faktorer, der dikterer, hvordan en given celletype vil bidrage til cirkulerende ekstracellulære vesikler (EV), herunder vævsmasse, vævs EV-sekretionskapacitet, EV-adgang til cirkulation og EV-clearance," forklarede Valenti og hans forskerhold. i deres nyligt udgivne papir, "Ekstracellulær vesikelsekretion i vævsafhængig ex vivo og skeletmuskel myofiber ekstracellulære vesikler når cirkulationen in vivo."

"Ingen af ​​disse faktorer er veldefinerede, hvilket understreger behovet for målrettede tilgange og nye metoder," sagde han. "Skeletmuskelvæv og hvidt fedtvæv er i massevis to af de største væv i kroppen og vil derfor blive forudsagt at være væsentlige bidragydere til cirkulerende EV-overflod."

Ved at studere niveauerne af EV'er udskilt fra begge væv og fluorescerende mærkning af EV'er fra muskler, var de i stand til at bestemme både niveauerne og oprindelsen af ​​EV'er, der udskilles fra de forskellige væv, hvilket gjorde det muligt for holdet at begynde at sætte et grundlag for fremtidig forskning. Fremtidige undersøgelser kan nu undersøge, om skeletmuskler frigiver elbiler som reaktion på naturlige belastninger, såsom træning, og deres indflydelse på andre organsystemer.