Размер имеет значение в межклеточной коммуникации: открытие для диагностики и лечения болезней
Новаторское исследование в области нанобиотехнологий показало, что размер действительно важен для механизмов, которые клетки используют для общения друг с другом. Это открытие имеет важные последствия для диагностики и лечения заболеваний.
Международная команда ученых добилась значительного прогресса в понимании «экзосом» — крошечных биологических структур (или «везикул»), используемых клетками организма для передачи информации. Исследователи полагают, что результаты могут быть значимы для нескольких областей медицинской науки: от персонализации лечения до лучшего понимания роста и распространения раковых опухолей.
Экзосомы наполнены белками и РНК. Они могут быть произведены одной клеткой, поглощены другой и вызвать специфический ответ. До сих пор научные исследования фокусировались на содержимом экзосом, но новое исследование под руководством ученых из Университета Линкольна (Великобритания) сосредоточилось на их размере и том, как это влияет на их работу.
Команда под руководством специалиста по нанобиотехнологиям доктора Энрико Феррари обнаружила, что чем меньше экзосомы, тем легче клеткам-мишеням их захватить. Это делает коммуникацию между клетками гораздо быстрее.
Исследование изучало экзосомы, взятые у пациента с высокозлокачественной глиомой (быстрорастущей опухолью мозга). Ранее ученые обнаружили, что некоторые стволовые клетки в мозге пациента производят экзосомы, которые поддерживают раковые клетки и делают их более агрессивными.
Новая работа предполагает, что уровень агрессивности опухоли может определяться размером экзосом, производимых раковыми клетками. Например, чем меньше экзосомы, тем быстрее клетки могут общаться и размножаться, и тем быстрее развивается рак.
Эти первоначальные выводы могут иметь важные последствия для прогноза различных видов рака в будущем, поскольку врачи смогут исследовать размер производимых экзосом и точнее предсказывать течение опухоли у пациента.
Исследование было проведено учеными из Школы наук о жизни Университета Линкольна (Великобритания); Департамента медицинских и биологических наук Университета Удине и Департамента нейронаук Университетской больницы Санта-Мария-делла-Мизерикордия (оба — Италия). Результаты опубликованы в научном журнале Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine.
«Вместо того чтобы заглядывать внутрь экзосомы, мы решили подробно изучить природу самого «транспортного средства», в частности его размер», — объяснил доктор Феррари. — «Если представить экзосому как посылку, то, независимо от конкретных молекул внутри, природа «конверта», вероятно, имеет большое значение для доставки сообщения. Чем больше конверт, тем сложнее его доставить!»
«Предыдущие исследования изучали, как размер влияет на поведение искусственных наночастиц в человеческом теле, и это новое исследование показало, что биологические частицы, такие как экзосомы, могут вести себя аналогично — чем они меньше, тем «громче» их сообщение, так как клеткам-мишеням легче их захватить и «услышать» сообщение».
«Традиционно наблюдать такое поведение у экзосом было сложно, потому что они чрезвычайно малы (намного ниже оптического разрешения), очень неуловимы и трудно поддаются выделению. Однако наша команда разработала новый набор методов, чтобы преодолеть все эти факторы и ответить на важные вопросы о захвате, зависящем от размера, которые ранее не рассматривались».
«Размер разных экзосом изучался в нескольких других работах, но никогда — в связи с тем, насколько эффективно они могут доставлять свои сообщения».
Новое исследование также может иметь последствия для доставки лекарств в будущем, поскольку экзосомы потенциально могут использоваться в качестве наноносителей для специфических препаратов. Ученые прогнозируют, что, возможно, удастся манипулировать размером экзосом, используемых в терапии, чтобы сделать их более эффективными, и использовать персонализированные экзосомы, производимые в организме человека — или частицы, имитирующие их поведение — для достижения более целенаправленной и эффективной доставки лекарств. Этот процесс называется экзотерапией.
Команда надеется продолжить дальнейшие исследования в этой области, чтобы точнее понять влияние размера экзосом на способ коммуникации клеток, и разработать методы применения этих знаний для диагностики, прогноза и лечения отдельных пациентов.