Exosomen zijn biologische capsules van nanoformaat die cellen produceren om delicate moleculen door het hele lichaam te beschermen en te transporteren. De capsules zijn sterk genoeg om enzymatische afbraak te weerstaan, evenals zure en temperatuurschommelingen in de darm en de bloedbaan, waardoor ze een uitstekende kandidaat zijn voor medicijnafgifte.

Door ze te oogsten om klinische zuiverheidsniveaus te bereiken, echter, is een complex proces.

"Exosomen zijn overvloedig aanwezig in koemelk, toch zijn ze moeilijk te isoleren van andere melkeiwitten en -lipiden, "  zei Rob Gourdie, professor en directeur van het Center for Vascular and Heart Research aan het Fralin Biomedical Research Institute bij VTC.

Het laboratorium van Gourdie ontwikkelde een schaalbare methode om exosomen te oogsten uit ongepasteuriseerde koemelk. Met behulp van deze zuiveringsmethode, die deze maand werd gepubliceerd in nanotheranostiek , het onderzoeksteam kan ongeveer een kopje gezuiverde exosomen extraheren voor elke gallon ongepasteuriseerde melk.

"Voor de eerste keer, we hebben een pad uitgestippeld naar de industriële schaalbaarheid van exosoomzuivering voor orale medicijnafgifte, " zei Gourdie, die ook het Commonwealth Research Commercialization Fund Eminent Scholar in Heart Reparative Medicine Research is en een professor in biomedische technologie en mechanica aan het College of Engineering van Virginia Tech.

Het onderzoeksteam ontwikkelde hun meerstaps, kosteneffectief zuiveringsproces, die de filtratiemethoden optimaliseert, en timing van temperatuur en chemische behandelingen die de calciumspiegels beïnvloeden, tijdens de COVID-19 pandemie. Spencer Marsh en Kevin Pridham, beide postdoctorale fellows in Gourdie's lab aan het Fralin Biomedical Research Institute, en Jane Jourdan, Gourdie's labmanager, deed het praktische werk om de propriëtaire procedure te ontwikkelen.

"Ons team werkte tijdens de pandemie effectief en veilig samen aan dit project, " zei Gourdie. "Het was een lust voor het oog - hun onbaatzuchtige teamwerk, enthousiasme en toewijding om uitdagingen te overwinnen is iets dat niet zo vaak voorkomt als je zou denken in de wetenschap. Er waren veel mislukkingen, maar uiteindelijk kwamen we erachter dat stapsgewijze processen werkten."

Vreugde Wolfram, assistent-professor geneeskunde aan de Mayo Clinic die niet betrokken was bij de studie, zegt dat het nieuwe protocol het farmaceutische potentieel voor exosomen bevordert.

"Wat opmerkelijk is, is de hoeveelheid extracellulaire blaasjes die ze kunnen produceren. Het isoleren en produceren van extracellulaire blaasjes op een schaalbare manier heeft hun vertaling naar de kliniek altijd verhinderd, maar dit document toont een pad om die wegversperringen te overwinnen, Wolfram heeft eerder een protocol gepubliceerd voor het gebruik van tangentiële stroomfiltratietechnologie dat Gourdie's team heeft aangepast om de melk-exosomen te isoleren.

Exosomen worden van nature uitgescheiden door bijna alle celtypen bij mensen en andere zoogdieren, en is overvloedig in bloed te vinden, lymfe, urine, en melk. Bekleed met beschermende membranen, exosomen sturen biomoleculen, fragmenten van genetisch materiaal, en chemische signalen tussen cellen over lange afstanden.

In het afgelopen decennium is onderzoek naar hun farmaceutische toepassingen, met name voor de levering van kwetsbare medicijnen, zoals peptiden en microRNA's, is enorm gestegen.

"Stel je voor dat in plaats van een vaccinatie te krijgen, uw verpleegster geeft u in plaats daarvan een milkshake. Een andere milkshake kan exosomen bevatten die zijn geladen met een therapeutisch peptide dat is ontworpen om interne organen zoals het hart te beschermen tegen een hartinfarct, ' zei Gourdie.

Exosomen kunnen ook de bloed-hersenbarrière binnendringen, een membraan dat de hersenen beschermt tegen ongewenste ziekteverwekkers en chemicaliën, de introductie van een nieuwe manier om therapieën te leveren voor de behandeling van neurologische ziekten en hersenkanker.

"Het verbeteren van de levensvatbaarheid van het gebruik van exosomen opent een breed scala aan methoden voor medicijnafgifte met onbeperkte klinische toepassingen, ' zei Gourdie.

Gourdie werkte samen met Homestead Creamery, een lokale zuivelverwerkingsfabriek, om ongepasteuriseerde melkmonsters voor het onderzoek te verkrijgen.

"We hebben ons bedrijf altijd gebouwd op relaties, en dit is een spannende samenwerking voor ons, " zei Donnie Montgomery, mede-oprichter en mede-eigenaar van Homestead Creamery.

Vorig jaar verleende Gourdie via Virginia Tech's LICENSE:Center for Technology Commercialization licentie voor het intellectuele eigendom om hartmedicijnen te leveren met behulp van exosomen en richtte hij The Tiny Cargo Co op.