Zespół pod kierunkiem dr n. med. Sylwii Bobis-Wozowicz z Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ odkrył ważną właściwość tych struktur i przeprowadził badania dowodzące, że pęcherzyki potencjalnie można zastosować w terapii.

Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe zbudowane są z podwójnej błony lipidowej, a w ich wnętrzu znajduje się bogaty miks bioaktywnych substancji, które w różnorodny sposób oddziałują na inne komórki organizmu. Krakowscy badacze odkryli że biomolekuły mikro RNA zawarte w pęcherzykach zewnątrzkomórkowych wykazują silne właściwości przeciwzwłóknieniowe.

„W eksperymentach in vitro oraz in vivo zaobserwowaliśmy, że po podaniu pęcherzyków zewnątrzkomórkowych następowała znacząca lub całkowita redukcja białek odpowiedzialnych za postępujące usztywnienie tkanek. W modelu zwłóknienia serca u zwierząt doświadczalnych wykryliśmy, że niektóre z badanych osobników już po dwóch tygodniach całkowicie cofnęły zwłóknienie w sercu, pomimo tego, że w tym samym okresie były one stymulowane czynnikiem powodującym zwłóknienie” – tłumaczy w informacji przekazanej PAP dr Sylwia Bobis-Wozowicz z UJ.

Badacze uważają, że pęcherzyki zewnątrzkomórkowe mogą posłużyć do opracowania nowej terapii zwłóknień narządowych. Konieczne są jednak jeszcze dalsze badania przedkliniczne w tym zakresie. „Ze względu na wysokie koszty takich badań poszukujemy podmiotów z sektora firm farmaceutycznych i biotechnologicznych, zainteresowanych doskonaleniem tej technologii i docelowo wprowadzeniem jej na rynek” – zaznacza dr inż. Gabriela Konopka-Cupiał, dyrektor Centrum Transferu Technologii CITTRU UJ.

Badania koncentrują się na cząsteczkach mikro RNA odpowiadających za przeciwzwłóknieniowe właściwości pęcherzyków zewnątrzkomórkowych. Zespół dr Sylwii Bobis-Wozowicz już je zidentyfikował, a następnie potwierdził, że pełnią one funkcję inhibitora procesów zwłóknieniowych.

„Mikro RNA oddziałują na znajdujące się w komórkach cząsteczki mRNA, które są nośnikiem informacji genetycznej. mRNA zawierają precyzyjne instrukcje dotyczące produkcji konkretnych białek. Zidentyfikowane przez nas biomolekuły mikro RNA działają w sposób specyficzny, hamując produkcję tych białek, które bezpośrednio prowadzą do zwłóknień. Zatem podając odpowiednią ilość konkretnego mikro RNA w rejony narządów czy komórek nadprodukujących białka zwłóknieniowe, możemy powstrzymać rozwój schorzenia” – wyjaśnia dr Sylwia Bobis-Wozowicz.

Zidentyfikowane mikro RNA działa tak samo skutecznie w przypadku leczenia zwłóknień różnych narządów – serca, płuc, trzustki, jak i wątroby. Aby zastosować tego rodzaju terapię konieczne jest wyizolowanie pęcherzyków zewnątrzkomórkowych. Można je pozyskać z hodowli tzw. indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC).

„IPSC pozyskuje się w wyniku przeprogramowania dojrzałych komórek, do stanu pluripotencji, z zastosowaniem określonych procedur laboratoryjnych. Najpierw od pacjenta pobierane są komórki, na przykład z tkanki tłuszczowej lub krwi. Następnie przeprogramowuje się je do postaci komórek macierzystych iPSC, to znaczy takich, które mogą różnicować w kierunku różnego rodzaju tkanek” - twierdzi dr Sylwia Bobis-Wozowicz.

Wyjaśnia, że uzyskane komórki hoduje się w specjalnych warunkach fizjologicznych, a następnie izoluje się z takich hodowli pęcherzyki. Zebrane pęcherzyki można podać dożylnie lub umieścić w hydrożelu hialuronowym, który jest neutralny dla organizmu. W ten sposób powstaje preparat, który można wstrzyknąć w miejsce zmienione chorobowo. Forma hydrożelu powoduje, że pęcherzyki będą z niego uwalniane stopniowo w odpowiednio wydłużonym okresie czasu. „Dzięki temu zapewnimy większą skuteczność terapii i dłuższe oddziaływanie pęcherzyków zewnątrzkomórkowych na tkanki wykazujące tendencję do zwłóknień” – przekonuje specjalistka.

Zespół z UJ wykazał, ze hodowanie komórek pluripotencjalnych w warunkach fizjologicznej hipoksji – czyli przy odpowiednio zmniejszonym stężeniu tlenu – przynosi dużo lepsze rezultaty. Pozyskane z takiej hodowli pęcherzyki wykazują znacznie silniejszy wpływ terapeutyczny.

Przygotowanie preparatu leczniczego zajmuje około dwóch miesięcy. Tak jest w przypadku, gdy materiał do hodowli pobierany jest od tego samego pacjenta, któremu później wszczepiane są pozyskane pęcherzyki zewnątrzkomórkowe. „Literatura naukowa jednoznacznie wskazuje, że pęcherzyki zewnątrzkomórkowe nie są immunogenne, można więc założyć, iż materiał leczniczy może pochodzić z hodowli komórkowych od różnych dawców” - zwracają uwagę badacze UJ.

Zaznaczają, że dawcą jednak nie musi być ta sama osoba, która docelowo przyjmie lek. Jest zatem szansa wdrożenia produkcji uniwersalnego leku w większej skali i stosowania terapii natychmiast po wydaniu zalecenia lekarza. „Byłoby to o tyle możliwe, że, jak wykazały badania, pęcherzyki bardzo dobrze znoszą przechowywanie nawet w dłuższych okresach” - przekonują krakowscy specjaliści.

Sprawdzili też, czy dla celów terapeutycznych nie prościej byłoby zamiast hodować pluripotencjalne komórki macierzyste, syntetyzować odpowiednie biomolekuły mikro RNA i podawać je w specjalnie przygotowanych płaszczach lipidowych.

„Z przeprowadzonych kalkulacji wynika, że wariant terapii z syntetycznym mikro RNA, choć technicznie wydaje się prostszy, kosztowałby kilkukrotnie więcej w porównaniu do wariantu, w którym hodujemy komórki macierzyste i pozyskujemy z nich naturalne pęcherzyki zewnątrzkomórkowe. Poza tym, niezaprzeczalną korzyścią, jaka płynie z hodowli naturalnej, jest biokompatybilność, a w przypadku terapii personalizowanych – całkowite wyeliminowanie ryzyka wystąpienia niepożądanych reakcji immunologicznych na podawany preparat” – wyjaśnia dr Sylwia Bobis-Wozowicz.

Naukowcy podkreślają, że uniwersalizmu terapii nie należy rozumieć tak, że pęcherzyki zewnątrzkomórkowe będą w stanie rozpuszczać już istniejące zwłóknienia czy złogi kolagenowe. Ich funkcja jest ściśle hamująca procesy zwłóknieniowe, jakie występują m.in. w przewlekłych stanach zapalnych narządów lub przy zaburzonych procesach produkcji białek zwłóknieniowych.

Dodają, że jak dotąd nie wykryli jakichkolwiek skutków ubocznych podawania pęcherzyków zewnątrzkomórkowych do organizmu. W badaniach in vivo wykorzystano m.in. myszy z osłabionym układem odpornościowym. Co ważne, również w ich przypadku nie zaobserwowano skutków ubocznych w trakcie podawania leku i po zakończonej terapii.

Zwłóknienie, zwane inaczej fibrozą, to postępujący stan chorobowy wynikający z nadmiernej produkcji białek macierzy zewnątrzkomórkowej (ang. Extracellular Matrix, ECM). Białka te, odkładane w tkankach, powodują ich usztywnianie, co w konsekwencji prowadzi do upośledzenia funkcjonowania narządów. Zwłóknienia mogą występować m.in. w sercu, płucach, trzustce czy wątrobie.

Szacuje się, że choroby zwłóknieniowe są odpowiedzialne za około 45 proc. wszystkich przypadków zgonów na świecie. Jak dotąd nie opracowano skutecznego lekarstwa na te schorzenia. Obecnie stosowane metody leczenia koncentrują się na eliminowaniu przyczyn indukujących przewlekłe stany zapalne – np. leczenie hipertrójglicerydemii, leczenie przewlekłego zapalenia wirusowego wątroby typu B lub C, wykorzystanie kortykosteroidów i leków hamujących układ odpornościowy, a nawet usunięcie fragmentu lub całości narządu objętego zwłóknieniem.

Początkowo sądzono, że komórki wytwarzają pęcherzyki w celu usunięcia zbędnych biomolekuł lub metabolitów. Dziś wiadomo, że ich rola jest znacznie szersza. Pęcherzyki mogą wnikać do innych komórek, a to oznacza, że zawarte w ich wnętrzu aktywne biologicznie składniki wywołują określone reakcje. W ten sposób między komórkami dochodzi do wymiany zawartości pęcherzyków, co w konsekwencji wpływa na biochemiczne procesy komórkowe.

Tak przesyłane sygnały inicjują rozmaite „zachowania komórek” – nasilają je, wspomagają, hamują lub zaburzają – wszystko w zależności od instrukcji, jakie zawarte są w pęcherzykach i kontekstu biochemicznego w komórkach docelowych. Niektóre z takich sygnałów mają pożądane skutki, inne – jak np. w przypadku „komunikatów” wysyłanych przez komórki nowotworowe – szkodliwe, chorobotwórcze.

Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe są badane w wielu ośrodkach na świecie. Są źródłem informacji o patogenezie, komórkowych procesach biochemicznych oraz właściwościach różnego rodzaju komórek. Analiza składu chemicznego zawartości pęcherzyków może dawać wskazówki wspomagające diagnostykę różnych chorób - zwracają uwagę specjaliści Uniwersytetu Jagiellońskiego.(PAP)

Nauka w Polsce

zbw/ bar/