SCP-Nano: Nieuwe technologie visualiseert nanodragers in cellen en weefsels

Hoe kunnen we ervoor zorgen dat levensreddende medicijnen of genetische therapieën de beoogde doelcellen bereiken zonder schadelijke bijwerkingen te veroorzaken? Onderzoekers van Helmholtz München, Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) en Technische Universiteit München (TUM) hebben een methode ontwikkeld die voor het eerst de nauwkeurige detectie van nanocarriers (kleine transportvoertuigen) door het hele muislichaam mogelijk maakt. -celniveau.

Deze innovatie, genaamd Single-Cell Profiling of Nanocarriers of SCP-Nano, combineert geavanceerde beeldvorming met kunstmatige intelligentie om ongeëvenaarde inzichten te bieden in de functionaliteit van op nanotechnologie gebaseerde therapieën. De resultaten, gepubliceerd in Natuur Biotechnologiemaken de weg vrij voor veiligere en effectievere behandelingen, waaronder mRNA-vaccins en gentherapieën.

De rol van nanodragers in de moderne geneeskunde

Nanodragers zullen een centrale rol spelen in de volgende golf van levensreddende medicijnen. Ze maken de gerichte afgifte van medicijnen, genen of eiwitten aan cellen van patiënten mogelijk. Met SCP-Nano kunnen onderzoekers de verdeling van extreem lage doses nanodragers over het hele muizenlichaam analyseren, waarbij ze elke cel visualiseren die deze heeft opgenomen.

SCP-Nano combineert optische weefselzuivering, microscopiebeeldvorming met lichtplaten en diepgaande leeralgoritmen. Eerst worden hele muizenlichamen transparant gemaakt. Na de driedimensionale beeldvorming van hele muizenlichamen kunnen nanodragers in de transparante weefsels vervolgens tot op het niveau van een enkele cel worden geïdentificeerd. Door op AI gebaseerde analyses te integreren, kunnen onderzoekers kwantificeren welke cellen en weefsels interactie hebben met de nanodragers en waar dit precies gebeurt.

Praktische toepassingen van SCP-Nano

Voorbeelden van nanodragers die zijn geanalyseerd door Ali Ertürk, de directeur van het Instituut voor Intelligente Biotechnologie (iBIO) in Helmholtz München, en zijn team dat SCP-Nano gebruikt, zijn onder meer lipide nanodeeltjes (LNP’s), DNA-origamistructuren en adeno-geassocieerde virussen (AAV’s). Deze nanodragers zijn essentieel voor moderne therapieën die ziekten aanpakken bij hun cellulaire wortels, omdat ze elk unieke eigenschappen bezitten die ze geschikt maken voor verschillende toepassingen.

DNA-origamistructuren zijn gemakkelijk programmeerbaar en AAV’s zijn zeer efficiënte dragers voor gentherapie. De LNP’s faciliteren de RNA-afgifte, die ten grondslag ligt aan moderne mRNA-vaccins en een breed scala aan andere RNA-therapieën. Met behulp van SCP-Nano hebben de onderzoekers aangetoond dat DNA-origamistructuren bij voorkeur op de immuuncellen kunnen worden gericht, terwijl AAV-varianten zich op verschillende hersengebieden en vetweefsel richten.

Belangrijk is dat het platform ook onthulde dat lipide-nanodeeltjes die mRNA-therapieën dragen, zich kunnen ophopen in hartweefsel. Met behulp van SCP-Nano kunnen onderzoekers nu potentieel problematische off-target weefsels en daarmee samenhangende toxiciteiten detecteren voordat ze aan klinische proeven beginnen, wat de weg vrijmaakt voor de ontwikkeling van veiligere mRNA-therapieën.

Nanodragers visualiseren met ongekende precisie

“Met SCP-Nano kunnen we nanodragers door het hele lichaam detecteren in ongelooflijk lage doses, tot 0,0005 mg/kg”, zegt de eerste auteur van het onderzoek, dr. Jie Luo. “Dit geeft ons een geheel nieuw perspectief op hoe deze kleine transportvoertuigen omgaan met organen en cellen.” Luo benadrukt dat het vooral belangrijk is dat SCP-Nano ongewenste ophopingen in het hart of de lever kan identificeren.

Het mechanisme van nanocarriers is vergelijkbaar met een pakketbezorgservice, legt Ertürk uit: “Elke nanocarrier is als een pakket met een belangrijke lading die bij precies het juiste appartement moet worden afgeleverd, niet alleen bij het appartement ernaast. Met SCP-Nano kunnen we volgen precies waar deze pakketten worden afgeleverd, of ze nu precies de beoogde bestemming bereiken, of per ongeluk op ongewenste locaties terechtkomen.”

Innovatie stimuleren in gepersonaliseerde geneeskunde

Met SCP-Nano kunnen onderzoekers nauwkeurig identificeren waar nanodragers zich ophopen en hun interacties met doelcellen visualiseren – een belangrijke vereiste voor veilige en effectieve toepassingen van nanodragers. “SCP-Nano zal niet alleen helpen de veiligheid van bestaande nanodragers te beoordelen, maar ook de ontwikkeling van nieuwe, zeer gerichte toepassingen stimuleren”, zegt Luo. “Het platform kan ook helpen het succes van mRNA-therapieën te monitoren of potentiële bijwerkingen vroegtijdig te detecteren.”

Door geavanceerde beeldvormings- en AI-technologieën te combineren, biedt SCP-Nano onderzoekers en artsen een nieuw niveau van inzicht in de manier waarop therapieën interageren met het lichaam en gemakkelijk kunnen worden uitgebreid naar menselijke weefsels en organen. “Precisiegeneeskunde en gerichte toediening worden vaak besproken, maar schaalbare en effectieve hulpmiddelen hiervoor zijn beperkt. Deze nieuwe aanpak biedt een oplossing voor een belangrijke uitdaging in de ontwikkeling van geneesmiddelen”, besluit prof. Ertürk.

Met zijn potentieel om bijwerkingen te minimaliseren en de precisie van de behandeling te verbeteren, markeert SCP-Nano een belangrijke stap in de richting van veiligere en effectievere therapieën op gebieden als kankerbehandeling, gentherapie en vaccinontwikkeling. Deze innovatie pakt niet alleen grote uitdagingen aan bij de ontwikkeling van op nanocarriers gebaseerde technologieën, maar stimuleert ook de toekomst van precisiegeneeskunde.