Een extracellulair blaasje - een nanodeeltje dat door cellen wordt afgegeven - kan schokkerige bewegingen gebruiken, vergelijkbaar met een auto die in en uit het verkeer weeft om door de met obstakels gevulde omgeving buiten cellen te navigeren, volgens nieuwe ontdekkingen gedaan door onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Chicago.

Hun bevindingen, gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , zijn een belangrijke eerste stap om extracellulaire blaasjes efficiënt te gebruiken, of EV's, als een therapeutisch middel dat zich richt op ziekten, zoals longschade en kanker.

"Hoewel EV's meer dan 30 jaar geleden werden ontdekt, velen geloofden dat EV's cellulaire rommel waren die vastzat in de extracellulaire matrix, " zei senior auteur Jae-Won Shin, UIC-assistent-professor farmacologie en bio-engineering aan het College of Medicine. "In de afgelopen 10 jaar het veld heeft geleerd dat elektrische auto's geen rommel zijn. Ze spelen een cruciale rol bij het verzenden van signalen voor communicatie over lange afstand tussen cellen."

De extracellulaire matrix is ​​een gelachtig net van samengeperste eiwitketens en suikers dat cellen omringt. Om te begrijpen hoe miljarden EV's door de matrix navigeren, Shin's lab gebruikte verbeterde beeldvorming, vesicle labeling en motion capture-technologieën die decennia geleden niet beschikbaar waren.

"We zagen dat de gaten in de matrix kleiner waren dan de grootte van EV's en dachten dat reizen moeilijk zou zijn, " Shin zei. "Het was een verrassing toen we merkten dat de EV's veel gemakkelijker reisden dan we dachten onder bepaalde omstandigheden."

De onderzoekers gebruikten een kunstmatige matrix, een hydrogel genoemd, om te onderzoeken of de structuur ervan een rol speelde bij EV-navigatie. Ze passen de stijfheid van de hydrogel aan en hoe goed de hydrogel kan ontspannen nadat hij door een voorwerp is gestrest, om de hydrogel min of meer op de matrix in het lichaam te laten lijken.

"De EV's kwamen vast te zitten toen de hydrogel na verloop van tijd niet kon ontspannen, zoals rubber, " zei Stephen Lenzini, eerste auteur en UIC-afgestudeerde student aan het College of Engineering. "De hydrogel moest een stijve ruggengraat hebben om een ​​soort structuur te bieden, maar na een stress moest het ook voldoende ontspannen om zichzelf in de loop van de tijd te herschikken, waardoor de EV's konden bewegen. De interessante bevinding was dat dit vermogen om te bewegen dat voorkwam voor EV's in sommige materialen niet optrad voor synthetische deeltjes van vergelijkbare grootte."

Hetzelfde membraan dat EV's gebruiken om hun lading te beschermen, was ook essentieel voor hun eigen flexibiliteit in krappe ruimtes. Toen aquaporin-1 - een membraaneiwit dat water in en uit EV's laat - stopte met functioneren, de EV's kwamen vast te zitten. De permeatie van water door aquaporine-1 in het membraan was essentieel voor EV's om door de hydrogelgaten te glippen.

"Deze studie heeft nieuwe wegen geopend voor het bestuderen van de distributie van EV's en hun inhoud door weefsels, ' zei Lenzini.

De bevindingen brengen de UIC-onderzoeksgroep dichter bij het ontwerpen van effectieve leveringssystemen, volgens Shin.

"Er is een reeks ziekten die substantiële veranderingen ondergaan in hun omgeving. Bij fibrose en sommige vormen van kanker, de weefsels en matrix worden stijver naarmate de tijd vordert. Bij sommige vormen van kanker, de verspreiding van elektrische voertuigen heeft geleid tot verspreiding van ziekten, "zei hij. "Dus, begrijpen hoe EV's worden verspreid, is van cruciaal belang voor het ontwikkelen van deze celvrije therapieën en het stoppen van ziekteprogressie."