Nanodeeltjes met speciale bezorging kunnen stamcellen programmeren terwijl ze zich in het lichaam bevinden

Tussenpersonen krijgen een slechte reputatie omdat ze kosten en complicaties aan een operatie toevoegen. Het elimineren van de tussenpersonen kan dus de kosten verlagen en een proces vereenvoudigen, waardoor de efficiëntie en het geluk van de consument toenemen.

James Dahlman en zijn onderzoeksteam hebben in dezelfde richting gedacht voor stamcelbehandelingen. Ze hebben een techniek ontwikkeld die vervelende tussenpersonen elimineert en zou kunnen leiden tot nieuwe, minder invasieve behandelingen voor bloedaandoeningen en genetische ziekten. Het omzeilt het ongemak en de risico’s van de huidige behandelingen, waardoor het leven van patiënten gemakkelijker wordt.

“Dit zou een alternatief zijn voor invasieve hematopoietische stamceltherapieën – we zouden je gewoon een infuus kunnen geven”, zegt Dahlman, McCamish Early Career Professor aan de Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering. “Het vereenvoudigt het proces en vermindert de risico’s voor patiënten. Daarom is dit werk belangrijk.”

Dahlman en een team van onderzoekers van Georgia Tech, Emory University en de University of California, Davis, publiceerden hun aanpak in het tijdschrift Natuur Biotechnologie.

Op de ouders letten

Hematopoëtische stamcellen (HSC’s) zijn als oudercellen. Ze verblijven in het beenmerg en produceren alle soorten cellen die nodig zijn om het bloed en het immuunsysteem in stand te houden. Hun veelzijdigheid maakt HSC’s tot een waardevol therapeutisch hulpmiddel bij de behandeling van genetische bloedziekten, zoals sikkelcelanemie, immuundeficiënties en sommige vormen van kanker.

HSC-therapieën omvatten meestal het extraheren van cellen uit het beenmerg van de patiënt en het opnieuw ontwerpen ervan in een laboratorium. Ondertussen ondergaat de patiënt chemotherapie om zijn lichaam voor te bereiden op het ontvangen van de gemodificeerde HSC’s.

“Deze therapieën zijn effectief, maar ook zwaar voor de patiënten”, zei Dahlman. “Patiënten ondergaan chemotherapie om hun immuunsysteem uit te roeien, zodat het lichaam de therapeutische cellen zonder slag of stoot zal accepteren. De procedure kan levensbedreigend zijn. We hopen dat te veranderen.”

HSC’s kunnen ook rechtstreeks in het lichaam worden gewijzigd. De procedure maakt gebruik van lipide nanodeeltjes (LNP’s) om genetische instructies naar de stamcellen te transporteren. Aan de LNP’s zijn doelgerichte liganden bevestigd: moleculen die zijn ontworpen om specifieke doelcellen te vinden. Door ze nauwkeurig te engineeren, worden er lagen van tijd, complexiteit en kosten aan het proces toegevoegd. Ze zijn, net als extractie uit beenmerg en chemotherapie, een andere tussenpersoon.

De onderzoekers wilden iets eenvoudiger. Ze vonden het in een specifiek nanodeeltje genaamd LNP67.

“In tegenstelling tot andere nanodeeltjesontwerpen vereist dit geen targeting-ligand”, zei Dahlman. “Het is chemisch eenvoudig, wat betekent dat het gemakkelijker te vervaardigen is en de deur opent naar uiteindelijk het opschalen van de productie, zoals mRNA-vaccins.”

Het overwinnen van de lever

De sleutel tot het succes van LNP67 is het vermogen om de lever, het belangrijkste bloedfilter van het lichaam, te omzeilen. Buitenlandse indringers, zelfs behulpzame indringers die via een infuus als medicijn worden toegediend, kunnen door een gezonde lever worden opgevangen.

“De lever absorbeert bijna alles”, zei Dahlman. “Maar door de hoeveelheid die het opvangt met zelfs maar 10 procent te verminderen, kunnen we de levering aan andere weefsels verdubbelen waar de nanodeeltjes en hun lading nodig zijn.”

De onderzoekers ontwikkelden 128 unieke nanodeeltjes, waardoor de lijst werd teruggebracht tot 105 LNP’s die geen doelgerichte liganden hadden. Deze werden uiteindelijk gescreend en geëvalueerd op hun prestaties bij het effectief en veilig afleveren van genetische instructies (in de vorm van mRNA).

De LNP67 kwam als beste uit de bus dankzij zijn onopvallende ontwerp. Het oppervlak is bijvoorbeeld ontworpen om eiwitten en andere moleculen af ​​te stoten die de LNP zouden markeren voor opname door de lever. Deze eigenschap zorgde ervoor dat de deeltjes gelijkmatiger door het lichaam circuleerden en de HSC’s bereikten.

“We hebben een lage dosering bereikt zonder een doelligand, wat spannend is”, aldus Dahlman. “Dit is iets waar we al jaren naartoe werken, en ik ben erg blij dat we daar zijn gekomen.”