Freeze-gedroogde exosomen kunnen de levering en opslag van geneesmiddelen transformeren

Het Gourdie -laboratorium had een eigen probleem. Het laboratorium van het Fralin Biomedical Research Institute bij VTC heeft jarenlang onderzocht hoe microscopische containers die van nature worden aangetroffen in rauwe koeienmelk – exosomen op de markt gebracht – kan worden gebruikt om medicijnen door het lichaam te dragen.

Professor Robert Gourdie en zijn team verbeterden het proces om ze zo dramatisch uit melk te halen dat ze plotseling een nieuw probleem hadden: hoe de enorme hoeveelheden die ze produceerden op te slaan. Freezen werkte slechts een paar dagen en het beschadigde de exosomen.

“IJskristallen zijn als een houtpartij op alles wat biologisch is”, zegt Gourdie, hoogleraar Heywood Fralin en directeur van het Center for Vascular and Heart Research van het onderzoeksinstituut.

Nu hebben de onderzoekers een oplossing gevonden door een vriesproces te verbeteren dat exosomen stabiel houdt tot een jaar bij kamertemperatuur. Het is een game-wisselaar, waardoor ze in capsulevorm kunnen worden geconsumeerd en worden verzonden zonder een dure koude-leveringsketen. Het zou hun gebruik in de medicijnafgifte enorm kunnen uitbreiden, inclusief door Tiny Cargo Co., het lab van het startup Gourdie voor dat doel.

De ontdekking is beschreven in een recent artikel in de Journal of Biological Engineering.

“Dit is een mijlpaal voor het benutten van exosomen voor biomedisch gebruik in het praktische, vooral bij gerichte medicijnafgifte en diagnostiek van de volgende generatie,” zei Gourdie.

Exosomen worden vrijgegeven door vele celtypen. Ze meten slechts 30 tot 150 nanometer in diameter en een enkel liter rauwe melk bevat triljoenen. Deze voertuigen voor biologische aflevering hebben veelbelovend aangetoond voor het beschermen van medicijnen tegen degradatie of targeting door de vijandige darmomgeving van het lichaam of de immuunrespons van bloed, respectievelijk, totdat ze zieke of beschadigde gebieden bereiken.

Gourdie’s lab, op zoek naar een manier om zijn lab-ontwikkelde, wondgenezend peptide te leveren, creëerde een geavanceerd op filtratie gebaseerd proces om exosomen uit melk te extraheren. Waar eerdere methoden op basis van gekweekte cellen alleen sporenhoeveelheden produceren, produceren de methoden van Gourdie ze uit melk per pond.

Hij lanceerde kleine lading om de technologie voor patiënten te brengen.

Het team bewaarde de exosomen op min 80 graden Fahrenheit, maar dat proces was beperkend. Als ze een batch naar Gourdie’s geboorteland Nieuw -Zeeland hebben verzonden, hadden medewerkers bijvoorbeeld misschien drie dagen om ze te gebruiken.

Alan Dogan, een student van Virginia Tech Carilion School of Medicine die in het lab en de eerste auteur van de krant werkte, stelde gestabiliseerde exosomen voor als onderzoeksproject.

Andere laboratoria hadden geprobeerd Freeze-Drying, technisch bekend als lyofilisatie, maar met beperkt succes. Dogan ontdekte dat een bindmiddel de stabiliteit verbeterde. Na discussie binnen het lab over het hoge tryptofaangehalte in het colostrum, de eerste moedermelk geproduceerd door moeders die verpleegkunde zijn en het potentiële belang van dit aminozuur voor de hechting van exosomen met melkproteïnen, testte Dogan het aminozuur.

Het werkte en produceerde een poederachtig product dat gedurende lange periodes bij kamertemperatuur stabiel bleef.

“We denken dat wat er gebeurt, misschien is dat de tryptofaan de buitenkant van de exosomen versiert, voorkomt dat ze samen samenkomen, en misschien zelfs een klein pak pantser geeft,” zei Gourdie.

Het proces lost niet alleen het opslagprobleem van het lab op, maar verlicht een industrieel knelpunt door exosoomproductie en opslag op schaal toe te staan.

“Wat dit voor commerciële implementatie mogelijk maakt, loopt door het hele proces, zet het op een plank, en wanneer een klant wat wil kopen of een project wil doen, is het daar”, zei Spencer Marsh, Chief Scientific Officer voor Tiny Cargo en een onderzoekswetenschapper in het Gourdie Lab.

Het bedrijf bereidt zich voor op het leveren van exosomen geladen met wondgenezende verbindingen om blootstelling aan straling in defensie en industriële omgevingen te behandelen en om bijwerkingen van de bestralingstherapie bij kankerpatiënten te verminderen.

Zonder het nieuwe proces moesten de exosomen worden geladen en bevroren in de hoop snel gebruik of geproduceerd op aanvraag, waarvoor bevroren verzending nodig was.

Nu kunnen ze goedkoop worden verzonden bij kamertemperatuur en in capsules worden verpakt voor oraal gebruik.

De exosomen, die verjongende eigenschappen hebben, zelfs zonder het peptide, kunnen ook worden opgeslagen voor gebruik in farmaceutische cosmetica, zoals huidverstotende crèmes.

“Lange termijn gaat deze ontdekking veel verder dan de indicaties waar Tiny Cargo aan werkt, en in een enorm gebied dat momenteel afhankelijk is van koude opslag en een koude supply chain,” zei Marsh. “Dit verwijdert mogelijk die dure en uitdagende behoefte aan veel drugs.”