Mere forudsigende in vitro-assays kan forbedre nanomedicin

Messenger RNA (mRNA) vacciner er et glimrende eksempel på det lovende område af nanomedicin. Men fremskridtet i design og anvendelse af nanopartikler som effektive leveringsmedier til biofarmaceutika, der indeholder nukleinsyre- eller proteinlægemiddelstoffer, er desværre bemærkelsesværdigt langsomt.

En nylig hindring for forskning i lægemiddellevering er en observeret svag sammenhæng mellem in vitro (uden for en levende organisme) og in vivo (inde i en levende organisme) præstation. Dette problem var ikke klart i de tidlige stadier, hvor cellulær levering af et lægemiddel nanocarrier blev testet primært inden for standard cellekultur. Med avancerede farmakologiske in vivo undersøgelser, der dukker op i mus eller humane patienter, er den lave pålidelighed og validitet af cellekulturtest til terapeutiske anvendelser ved at blive tydelig.

Når nanopartikler påføres intravenøst, står de over for flere forhindringer, der adskiller sig fra in vitro-situationer, såsom når de møder blodkomponenter. Nanopartikler er normalt dækket af et biomolekylært flerlag (en protein-corona), som ændrer nanopartiklernes fysisk-kemiske egenskaber, farmakokinetik og toksicitetsprofil.

I Biofysikanmeldelser , giver forskere i Tyskland en banebrydende karakterisering af proteinet corona dannet omkring nanopartikler og dets indvirkning på de fysisk-kemiske og biologiske egenskaber af disse nanopartikler.

"Når man forudsiger in vivo ydeevne fra in vitro data, anbefales det at kombinere flere analytiske og biologiske karakteriseringsmetoder for at få mere detaljeret indsigt i nanopartiklernes in vivo egenskaber og adfærd," sagde Simone Berger, en medforfatter fra Ludwig Maximilian Universitetet i München.

Valget af biovæske – serum, plasma eller fuldblod og dyreoprindelse – og etablering af standardiserede protokoller er af stor betydning for mere konsistent, robust og omfattende præklinisk undersøgelser for at udlede struktur-aktivitetsforhold og in vitro/in vivo sammenhænge.

"Den viden, der er opnået om protein-corona-dannelse, kan udnyttes til at optimere bærere til nanomedicinsk anvendelse," sagde Berger.

Information som in vivo biodistribution og off-target effekter kan ikke opnås fra in vitro eksperimenter, påpeger forskerne. Men nye high-throughput screeningmetoder som stregkodningssystemet kan lave in vivo undersøgelser mere effektive, økonomiske og etiske.

Der er stadig en vis usikkerhed om oversættelse fra små til store dyr og mennesker, men bioinformatik kan hjælpe med at identificere bedst passende dyremodeller for visse sygdomme.

"Alternativer til dyremodeller, såsom mikrofluidisk 'menneske-organ-på-en-chip'-teknologi eller beregningsmæssige forudsigelser, kan være lovende strategier til at erstatte dyreforsøg i fremtiden," sagde Berger.

Nanomedicin viser "stort potentiale til at revolutionere det terapeutiske landskab med en bred vifte af applikationer som cancervacciner/immunterapi eller behandling af genetiske lidelser," sagde Berger. "Med korrekte og mere prædiktive in vitro-assays vil den prækliniske pipeline blive mere effektiv, hurtigere og økonomisk. Og vigtigst af alt kan dyreforsøg erstattes eller i det mindste reduceres." + Udforsk yderligere

En metode til at forbedre in vitro-tests