Undersøgelse afslører ny mekanisme til cellekommunikation på lang afstand

En ekstracellulær vesikel - en nanopartikel frigivet af celler - kan bruge rykkende bevægelser svarende til en bil, der væver ind og ud af trafikken til at navigere i det forhindringsfyldte miljø uden for cellerne, ifølge nye opdagelser gjort af forskere ved University of Illinois i Chicago.

Deres resultater, udgivet i Natur nanoteknologi , er et vigtigt første skridt til effektivt at bruge ekstracellulære vesikler, eller elbiler, som et terapeutisk middel, der er rettet mod sygdomme, såsom lungeskade og kræft.

"Selvom elbiler blev opdaget for over 30 år siden, mange mente, at EV'er var mobilskram, der var fanget i den ekstracellulære matrix, " sagde seniorforfatter Jae-Won Shin, UIC assisterende professor i farmakologi og bioteknik ved College of Medicine. "Inden for de sidste 10 år, feltet har lært, at elbiler ikke er skrammel. De spiller en afgørende rolle i at sende signaler til langdistancekommunikation mellem celler."

Den ekstracellulære matrix er et gel-lignende net af sammenpressede proteinkæder og sukkerarter, der omgiver celler. For at forstå, hvordan milliarder af elbiler navigerer gennem matrixen, Shins laboratorium brugte forbedret billeddannelse, vesikelmærkning og motion capture teknologier, der ikke var tilgængelige for årtier siden.

"Vi så, at hullerne i matrixen var mindre end størrelsen af ​​elbiler og troede, at det ville være svært at rejse, " sagde Shin. "Det var en overraskelse, da vi observerede, at elbilerne kørte meget lettere, end vi troede under visse forhold."

Forskerne brugte en kunstig matrix, kaldet en hydrogel, at undersøge, om dens struktur spillede en rolle i EV-navigation. De tilpasser hydrogelens stivhed og hvor godt hydrogelen kunne slappe af efter at være blevet stresset af en genstand for at gøre hydrogelen mere eller mindre som matrixen i kroppen.

"Elbilerne sad fast, da hydrogelen ikke kunne slappe af over tid, som gummi, " sagde Stephen Lenzini, førsteforfatter og UIC kandidatstuderende i College of Engineering. "Hydrogelen skulle have en stiv rygrad for at give en slags struktur, men efter en stress måtte den også slappe af nok til at omarrangere sig over tid, hvilket gjorde det muligt for elbilerne at bevæge sig rundt. Det interessante fund var, at denne evne til at bevæge sig, som opstod for elbiler i nogle materialer, ikke fandt sted for syntetiske partikler af lignende størrelse."

Den samme membran, som elbiler bruger til at beskytte deres last, var også afgørende for dens egen fleksibilitet på trange pladser. Når aquaporin-1-et membranprotein, der tillader vand ind og ud af elbiler-stoppede med at fungere, elbilerne sad fast. Gennemtrængning af vand gennem aquaporin-1 i membranen var afgørende for, at elbiler kunne glide gennem hydrogelhullerne.

"Denne undersøgelse har åbnet nye veje til at studere distributionen af ​​elbiler og deres indhold gennem væv, "Sagde Lenzini.

Resultaterne fremmer UIC-forskningsgruppen tættere på at udvikle effektive leveringssystemer, ifølge Shin.

"Der er en række sygdomme, der undergår væsentlige ændringer i deres miljø. I fibrose og nogle kræftformer, vævene og matrixen bliver mere stive som tiden skrider frem. I nogle kræftformer, fordelingen af ​​elbiler har ført til spredning af sygdomme, " sagde han. "Så, at forstå, hvordan elbiler spredes, er afgørende for at udvikle disse cellefrie terapier og standse sygdomsprogression."