Zaini per Cellule

Le cellule viventi che indossano zaini microscopici – cerotti polimerici nanostrutturati carichi di carichi chimici – potrebbero un giorno essere in grado di trasportare farmaci o agenti di imaging nei tessuti malati. I ricercatori del MIT affermano di aver costruito con successo tali zaini, riempiti di particelle magnetiche e legati alle superfici delle cellule immunitarie senza interrompere la capacità delle cellule di interagire con il loro ambiente. Il lavoro è descritto in un recente numero di Nano lettere .

Attrezzato, pronto: Due cellule immunitarie (grigio) indossano zaini in polimero (verde). Gli zaini attaccati hanno due strati: uno strato di adesione cellulare che si attacca alla superficie cellulare e uno strato di carico utile che trasporta un carico chimico, in questo caso, colorante fluorescente verde. I ricercatori sperano che un giorno gli zaini possano essere adattati per fornire farmaci o agenti di imaging in regioni specifiche del corpo.

Nel complesso, questo è un lavoro molto significativo, afferma Michele Marinaio , un professore di chimica e biochimica presso l'Università della California, San Diego, che non è stato coinvolto nello studio. Ci sono molte possibili variazioni su questo tema per una miriade di malattie diverse. Penso che potrebbe iniziare una sottodisciplina completamente nuova.

Gli zaini sono costituiti da tre sottili strati di pellicola polimerica. Lo strato inferiore ancora lo zaino a una superficie durante la costruzione e il carico. Lo strato intermedio porta il carico dello zaino. E lo strato superiore funge da gancio che si aggancia alla superficie di una cellula.

Una volta sintetizzati gli zaini, i ricercatori hanno aggiunto una soluzione contenente cellule immunitarie viventi, che sono state immediatamente agganciate agli strati superiori degli zaini. Quindi, abbassando la temperatura, hanno innescato la dissoluzione degli strati polimerici inferiori, rilasciando le cellule che indossano lo zaino dalla superficie.

Questo processo consente un'incredibile versatilità nel carico degli zaini, afferma Michael Rubner , direttore del Center for Materials Science and Engineering del MIT e autore senior dell'articolo. Poiché le celle non vengono aggiunte fino alla fine, non c'è alcun pericolo nell'usare sostanze chimiche tossiche e condizioni difficili per costruire e caricare gli zaini. Puoi usare tutta la chimica dura che vuoi, perché la cellula non è lì per essere uccisa, dice Rubner. È solo nell'ultimo passaggio del processo che la cellula si attacca alla superficie, afferra il suo zaino e lo solleva.

Per testare la tenuta degli zaini, i ricercatori li hanno riempiti di nanoparticelle magnetiche, caricate su cellule immunitarie e posizionate le cellule vicino a un magnete. Al microscopio, si possono vedere le cellule migrare verso il magnete, trascinate dai loro zaini, che sono rimasti saldamente ancorati al loro posto.

Di solito, le particelle incorporate nella superficie di una cellula vengono interiorizzate in pochi secondi, afferma Mauro Ferrari , direttore della divisione di nanomedicina presso l'Università del Texas, che non era coinvolto nel lavoro. Il fatto che questa cosa rimanga lì per più di secondi è notevole, dice.

Sailor avverte che mentre la tecnologia è promettente, la vera sfida sarà farla funzionare all'interno del corpo. Non c'è modo di sapere in questa fase come se la caverebbero le cellule che indossano lo zaino mentre circolavano nel flusso sanguigno. Potrebbero inghiottire o gettare i loro zaini, o alloggiare in spazi ristretti. Gli studi iniziali suggeriscono che gli zaini non rappresentano alcun pericolo per la salute delle cellule immunitarie, ma è necessario molto più lavoro prima che il sistema possa essere testato all'interno di un animale vivente, afferma Rubner.

Quando raggiungeranno il punto della sperimentazione animale, i ricercatori hanno in programma di iniziare caricando gli zaini con una sostanza tracciabile, forse le nanoparticelle magnetiche, che possono essere visualizzate mediante risonanza magnetica, o forse molecole fluorescenti. Ciò consentirà al team di determinare come migrano le cellule e se raggiungono gli obiettivi desiderati.

Alla fine, Rubner e i suoi colleghi immaginano di utilizzare gli zaini per terapie che riorganizzano il sistema immunitario del corpo per attaccare i tessuti malati o cancerosi. Ad esempio, le cellule immunitarie potrebbero essere rimosse dal flusso sanguigno, dotate di zaini, attivate per individuare un tumore e restituite al corpo. Lì, avrebbero consegnato il loro carico, sia esso un agente di imaging o un farmaco chemioterapico, direttamente al tumore, risparmiando i tessuti sani dall'esposizione al carico tossico.

I ricercatori inizialmente si aspettavano che ogni zaino aderisse uniformemente alla superficie della sua cellula portante, proprio come un cerotto. Invece, le toppe sembravano attaccarsi saldamente in un punto, con il resto che penzolava, una specie di vero zaino, che si ancora solo alle spalle, dice Rubner. Questo fenomeno inaspettato potrebbe effettivamente tornare utile, dice. Le cellule immunitarie devono spremere attraverso strette aperture nel corpo; un pacco intonacato potrebbe rendere le cellule meno flessibili, mentre un pacco penzolante potrebbe essere tirato attraverso.

Per la maggior parte, le celle e gli zaini erano collegati in un rapporto uno a uno. Ma occasionalmente, in determinate condizioni, si formavano giganteschi gruppi di cellule aggregate e zaini. Poiché gli zaini non erano appiattiti contro le celle, più di una cella poteva attaccarsi a un singolo cerotto o più di un cerotto poteva attaccarsi a una cella. Rubner spera che il suo team possa imparare a manipolare questo processo, forse fungendo da base per l'ingegneria dei tessuti dal basso verso l'alto.

Questo è un nuovo approccio, afferma Rubner. C'è molta flessibilità in ciò che puoi fare con esso, e speriamo che la flessibilità si trasformi in qualcosa che avrà un grande valore per la società.

Ma ci vorrà del tempo, aggiunge.

nascondere