Ryggsekker for celler

Levende celler som har på seg mikroskopiske ryggsekker – nanostrukturerte polymerplaster lastet med kjemisk last – kan en dag være i stand til å frakte medikamenter eller avbildningsmidler til sykt vev. MIT-forskere sier at de med suksess har konstruert slike ryggsekker, fylt dem med magnetiske partikler og bundet dem til overflaten av immunceller uten å forstyrre cellenes evne til å samhandle med miljøet. Arbeidet er beskrevet i en fersk utgave av Nanobokstaver .

Oppgiret: To immunceller (grå) bærer polymerryggsekker (grønn). De vedlagte ryggsekkene har to lag: et cellevedheftslag som griper tak i celleoverflaten, og et nyttelastlag som bærer litt kjemisk last - i dette tilfellet grønt fluorescerende fargestoff. Forskere håper at ryggsekkene en dag kan tilpasses til å levere medikamenter eller bildebehandlingsmidler til bestemte regioner i kroppen.

Totalt sett er dette et veldig betydelig stykke arbeid, sier Michael Sailor , en professor i kjemi og biokjemi ved University of California, San Diego, som ikke var involvert i studien. Det er mange mulige varianter av dette temaet for en rekke forskjellige sykdommer. Jeg tror det kan starte en helt ny underdisiplin.



Ryggsekkene er bygget av tre tynne lag med polymerfilm. Bunnlaget forankrer ryggsekken til en overflate under konstruksjon og lasting. Mellomlaget bærer ryggsekkens last. Og det øverste laget fungerer som en krok som festes til en celles overflate.

Når de hadde syntetisert ryggsekkene, la forskerne til en løsning som inneholdt levende immunceller, som umiddelbart ble hektet av ryggsekkenes topplag. Deretter, ved å senke temperaturen, trigget de de nederste polymerlagene til å oppløses, og frigjorde de ryggsekkbærende cellene fra overflaten.

Denne prosessen gir en utrolig allsidighet i ryggsekkenes last, sier Michael Rubner , direktør for MITs Center for Materials Science and Engineering og seniorforfatter av artikkelen. Fordi cellene ikke legges til helt på slutten, er det ingen fare ved å bruke giftige kjemikalier og tøffe forhold for å bygge og laste ryggsekkene. Du kan bruke all den harde kjemien du vil, for cellen er ikke der for å bli drept, sier Rubner. Det er først i det siste trinnet av prosessen at cellen fester seg til overflaten, tar tak i ryggsekken og løfter den av.

For å teste hvor tett ryggsekkene festet, fylte forskerne dem med magnetiske nanopartikler, lastet dem på immunceller og plasserte cellene nær en magnet. Under et mikroskop kunne cellene sees migrere mot magneten - dratt med av ryggsekkene deres, som holdt seg godt forankret på plass.

Vanligvis blir partikler inkorporert i en celles overflate internalisert i løpet av sekunder, sier Mauro Ferrari , direktør for avdelingen for nanomedisin ved University of Texas, som ikke var involvert i arbeidet. Det at denne tingen blir liggende der i mer enn sekunder er bemerkelsesverdig, sier han.

Sailor advarer om at selv om teknologien er lovende, vil den virkelige utfordringen være å få den til å fungere inne i kroppen. Det er ingen måte å vite på dette stadiet hvordan de ryggsekkbærende cellene ville klare seg når de sirkulerte i blodet. De kan oppsluke eller kaste sekkene sine, eller overnatte på trange steder. Innledende studier tyder på at ryggsekkene ikke utgjør noen fare for immuncellenes helse, men mye mer arbeid må til før systemet kan testes inne i et levende dyr, sier Rubner.

Når de når poenget med dyreforsøk, planlegger forskerne å starte med å laste ryggsekkene med et sporbart stoff - kanskje de magnetiske nanopartikler, som kan avbildes ved MR, eller kanskje fluorescerende molekyler. Det vil tillate teamet å bestemme hvordan cellene migrerer, og om de når de ønskede målene.

Etter hvert ser Rubner og kollegene for seg å bruke ryggsekkene til terapier som gjenoppretter kroppens eget immunsystem for å angripe sykt eller kreftvev. For eksempel kan immunceller fjernes fra blodet, utstyres med ryggsekker, aktiveres for å komme inn i en svulst og returneres til kroppen. Der ville de levere lasten sin – det være seg et bildebehandlingsmiddel eller et kjemoterapeutisk medikament – ​​direkte til svulsten, og sparte sunt vev fra eksponering for den giftige nyttelasten.

Forskerne forventet i utgangspunktet at hver ryggsekk ville feste seg jevnt til bærecellens overflate, omtrent som et plaster. I stedet så det ut til at lappene festet seg godt på ett sted, mens resten dinglet av – på en måte som en ekte ryggsekk, som bare forankrer ved skuldrene, sier Rubner. Dette uventede fenomenet kan faktisk komme godt med, sier han. Immunceller trenger å presse seg gjennom trange åpninger i kroppen; en påklistret pakke kan gjøre cellene mindre bøyelige, mens en dinglende pakke kan trekkes gjennom.

For det meste ble cellene og ryggsekkene koblet sammen i et en-til-en-forhold. Men av og til, under visse forhold, dannet det seg gigantiske klumper av aggregerte celler og ryggsekker. Fordi ryggsekkene ikke lå flatt mot cellene, kunne mer enn én celle feste seg til en enkelt lapp, eller mer enn én lapp kunne feste seg til en celle. Rubner håper at teamet hans kan lære å manipulere denne prosessen, og kanskje tjene som grunnlag for vevsteknikk nedenfra og opp.

Dette er en ny tilnærming, sier Rubner. Det er mye fleksibilitet i hva du kan gjøre med det, og vi håper at fleksibilitet vil bli til noe som vil ha stor verdi for samfunnet.

Men det kommer til å ta litt tid, legger han til.

gjemme seg