Meer voorspellende in vitro-assays kunnen nanogeneeskunde verbeteren

Messenger RNA (mRNA)-vaccins zijn een goed voorbeeld van het veelbelovende gebied van nanogeneeskunde. Maar de vooruitgang in het ontwerp en de toepassing van nanodeeltjes als efficiënte leveringsvehikels voor biofarmaceutica die nucleïnezuur- of eiwitgeneesmiddelen bevatten, is helaas opmerkelijk traag.

Een recent obstakel voor onderzoek naar medicijnafgifte is een waargenomen zwakke correlatie tussen in vitro (buiten een levend organisme) en in vivo (binnen een levend organisme) optreden. Dit probleem was niet duidelijk in de vroege stadia, toen cellulaire afgifte van een medicijn-nanodrager voornamelijk werd getest in standaard celkweek. Met de opkomst van geavanceerde farmacologische in vivo-onderzoeken bij muizen of menselijke patiënten, wordt de lage betrouwbaarheid en validiteit van celkweektesten voor therapeutische toepassingen duidelijk.

Wanneer nanodeeltjes intraveneus worden toegepast, worden ze geconfronteerd met verschillende obstakels die verschillen van in vitro situaties, zoals wanneer ze in contact komen met bloedcomponenten. Nanodeeltjes zijn meestal bedekt met een biomoleculaire multilaag (een eiwitcorona), die de fysiochemische eigenschappen, farmacokinetiek en het toxiciteitsprofiel van de nanodeeltjes verandert.

In Biofysica beoordelingen, bieden onderzoekers in Duitsland een geavanceerde karakterisering van de eiwitcorona gevormd rond nanodeeltjes en de impact ervan op de fysiochemische en biologische eigenschappen van deze nanodeeltjes.

“Bij het voorspellen van in vivo prestaties op basis van in vitro gegevens, wordt aanbevolen om verschillende analytische en biologische karakteriseringsmethoden te combineren om meer gedetailleerd inzicht te krijgen in de in vivo kenmerken en het gedrag van de nanodeeltjes”, zegt Simone Berger, een co-auteur van Ludwig Maximilian. Universiteit van München.

De keuze van de biovloeistof – serum, plasma of volbloed, en van dierlijke oorsprong – en het opstellen van gestandaardiseerde protocollen zijn van groot belang voor een consistentere, robuustere en uitgebreidere preklinische studies om structuur-activiteitsrelaties af te leiden en in vitro/in vivo correlaties.

“De opgedane kennis over de vorming van corona-eiwitten kan worden benut om dragers te optimaliseren voor nanomedische toepassing”, zegt Berger.

Informatie zoals in vivo biodistributie en off-target effecten kunnen niet worden verkregen uit in vitro experimenten, wijzen de onderzoekers erop. Maar nieuwe screeningsmethoden met hoge doorvoer, zoals het barcodesysteem, kunnen in vivo onderzoeken effectiever, zuiniger en ethischer.

Er blijft enige onzekerheid bestaan ​​over de vertaalbaarheid van kleine naar grote dieren en mensen, maar bio-informatica zou kunnen helpen bij het identificeren van best passende diermodellen voor bepaalde ziekten.

“Alternatieven voor diermodellen, zoals microfluïdische ‘human-organ-on-a-chip’-technologie of computationele voorspellingen, kunnen veelbelovende strategieën zijn om dierstudies in de toekomst te vervangen,” zei Berger.

Nanomedicine toont “een groot potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in het therapeutische landschap met een breed scala aan toepassingen zoals kankervaccins/immunotherapie of de behandeling van genetische aandoeningen”, aldus Berger. “Met de juiste en meer voorspellende in vitro-assays zal de preklinische pijplijn efficiënter, sneller en zuiniger worden. En belangrijker nog, dierproeven kunnen worden vervangen of op zijn minst worden verminderd.”