Forskere destillerer komælk til nanokapsler til medicinafgivelse

Exosomer er biologiske kapsler i nanostørrelse, som celler producerer for at beskytte og sende sarte molekyler i hele kroppen. Kapslerne er hårdføre nok til at modstå enzymatisk nedbrydning, samt syre- og temperatursvingninger i tarmen og blodbanen, hvilket gør dem til en førsteklasses kandidat til medicinafgivelse.

Høste dem for at opnå renhedsniveauer af klinisk kvalitet, imidlertid, er en kompleks proces.

"Eksosomer er rigelige i komælk, men de er svære at isolere fra andre mælkeproteiner og lipider, "  sagde Rob Gourdie, professor og direktør for Center for Vascular and Heart Research ved Fralin Biomedical Research Institute ved VTC.

Gourdies laboratorium udviklede en skalerbar metode til at høste exosomer fra upasteuriseret komælk. Ved at bruge denne oprensningsmetode, som blev offentliggjort i denne måned i Nanotheranostik , forskerholdet kan udvinde omkring en kop rensede exosomer for hver gallon upasteuriseret mælk.

"For første gang, vi har kortlagt en vej mod den industrielle skalerbarhed af exosomoprensning til oral medicinafgivelse, " sagde Gourdie, som også er Commonwealth Research Commercialization Fund Eminent Scholar in Heart Reparative Medicine Research og professor i biomedicinsk teknik og mekanik ved Virginia Tech's College of Engineering.

Forskerholdet udviklede deres multi-step, omkostningseffektiv oprensningsproces, som optimerer filtreringsmetoder, og timing af temperatur og kemiske behandlinger, der påvirker calciumniveauer, under COVID-19-pandemien. Spencer Marsh og Kevin Pridham, begge postdoc-stipendiater i Gourdies laboratorium på Fralin Biomedical Research Institute, og Jane Jourdan, Gourdies laboratoriechef, udførte det praktiske arbejde med at udvikle den proprietære procedure.

"Vores team arbejdede effektivt og sikkert sammen om dette projekt under hele pandemien, " sagde Gourdie. "Det var et syn at se - deres uselviske teamwork, entusiasme og dedikation til at overvinde udfordringer er noget, der ikke sker så ofte, som du måske tror i videnskaben. Der var mange fiaskoer, men til sidst fandt vi ud af trinvise processer, der fungerede."

Joy Wolfram, assisterende professor i medicin ved Mayo Clinic, som ikke var involveret i undersøgelsen, siger, at den nye protokol fremmer det farmaceutiske potentiale for exosomer.

"Det bemærkelsesværdige er mængden af ​​ekstracellulære vesikler, de er i stand til at producere. Isolering og fremstilling af ekstracellulære vesikler på en skalerbar måde har altid forhindret deres oversættelse til klinikken, men dette papir viser en vej til at overvinde disse vejspærringer, " sagde Wolfram. Wolfram har tidligere offentliggjort en protokol til brug af tangentiel flowfiltreringsteknologi, som Gourdies team tilpassede for at isolere mælkeeksosomer.

Exosomer udskilles naturligt af næsten alle celletyper hos mennesker og andre pattedyr, og kan findes rigeligt i blod, lymfe, urin, og mælk. Foret med beskyttende membraner, exosomer sender biomolekyler, udsnit af genetisk materiale, og kemiske signaler mellem celler over lange afstande.

I løbet af det seneste årti, forskning i deres farmaceutiske anvendelser - især til levering af skrøbelige lægemidler, såsom peptider og mikroRNA'er - er steget.

"Forestil dig i stedet for at få en vaccinesprøjtning, din sygeplejerske rækker dig en milkshake i stedet for. En anden milkshake kan indeholde exosomer fyldt med et terapeutisk peptid designet til at beskytte indre organer såsom hjertet mod myokardieinfarkt, " sagde Gourdie.

Exosomer kan også trænge ind i blod-hjerne-barrieren, en membran, der beskytter hjernen mod uønskede patogener og kemikalier, introducerer en ny måde at levere terapeutiske midler til behandling af neurologiske sygdomme og hjernekræft.

"Forbedring af levedygtigheden ved at bruge exosomer åbner op for en bred vifte af lægemiddelleveringsmetoder med ubegrænsede kliniske anvendelser, " sagde Gourdie.

Gourdie samarbejdede med Homestead Creamery, et lokalt mejeriforarbejdningsanlæg, at få upasteuriserede mælkeprøver til undersøgelsen.

"Vi har altid bygget vores forretning på relationer, og det er et spændende samarbejde for os, " sagde Donnie Montgomery, medstifter og medejer af Homestead Creamery.

Sidste år licenserede Gourdie den intellektuelle ejendom til at levere hjertemedicin ved hjælp af exosomer gennem Virginia Techs LICENSE:Center for Technology Commercialization og dannede The Tiny Cargo Co.