Wie das körpereigene Abgabesystem zu zielgerichteten Therapeutika führen könnte

In einer Welt nach der Pandemie sind wir es gewohnt, Pakete zu versenden und zu empfangen, Lebensmittel und Artikel an unsere Tür geliefert zu bekommen, Nachrichten und Artikel an geliebte Menschen zu senden, die wir nicht sehen können. Wir haben uns daran gewöhnt, viele kleine Pakete zu versenden und zu empfangen, aber wussten Sie, dass das beste Paketsystem der Welt in unserem eigenen Körper zu finden ist?

Dan Lark, Ph.D., Assistenzprofessor an der Abteilung für Gesundheits- und Bewegungswissenschaft der Colorado State University und Hauptforscher des Labors für extrazelluläre Regulation des Stoffwechsels, arbeitet mit Zackary Valenti zusammen, einem Doktoranden in der Abteilung Human Bioenergetics Ph.D. Programm, um die Schlüsselwege zu untersuchen, auf denen Zellen miteinander kommunizieren.

In jedem menschlichen Körper senden und empfangen Zellen ständig Gegenstände, nehmen notwendige Nährstoffe auf und schicken Abfall ab, indem sie extrazelluläre Vesikel verwenden, kleine Kapseln aus einer Lipiddoppelschicht, die von der ersten Zelle abknospen und zur Empfängerzelle wandern, die sie akzeptiert und reabsorbiert Warenpaket, das von den anderen Zellen gesendet wird. Nahezu alle Zellen können extrazelluläre Vesikel bilden, und es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, wie unser Körper diese Zellen nutzt, um zu kommunizieren, Nährstoffe aufzufüllen oder Abfallstoffe zu beseitigen sowie eine Schlüsselrolle bei Prozessen für Immunantworten und Gerinnung zu spielen, neben anderen zellulären Reaktionen.

Obwohl wir wissen, dass extrazelluläre Vesikel eine Schlüsselrolle bei der Zellkommunikation und vielen wichtigen Körperprozessen spielen, gibt es noch viele Fragen darüber, wie und wann extrazelluläre Vesikel funktionieren, die entscheidende Biomarker für Krankheiten sein könnten. Genau diese Fragen wollen Lark, Valenti und das Forschungsteam des Labors für extrazelluläre Regulation des Stoffwechsels beantworten.

Valenti untersuchte zusammen mit einem Forscherteam, wie diese extrazellulären Vesikel von verschiedenen Gewebetypen, insbesondere Skelettmuskelgewebe und weißem Fettgewebe, abgesondert werden, um zu sehen, ob diese Vesikel im Blut nachgewiesen werden können, einem Bereich des Feldes, der dies getan hat wurde in der Vergangenheit nur minimal recherchiert. Die von der American Heart Association finanzierte Arbeit zielte darauf ab, festzustellen, ob das Skelettgewebe auf natürliche Weise mehr Vesikel als das Fettgewebe absondert, und zielte darauf ab, den Ursprung und die Häufigkeit dieser Vesikel zu definieren, damit sie als Biomarker verwendet werden können und möglicherweise zu technischen Therapien führen für Patienten.

Vesikel könnten der Schlüssel zur Zukunft der zielgerichteten Medizin sein

Genau wie das Postsystem sind Vesikel in Ihrem Körper kleine Pakete, die RNA, DNA, Lipide, Proteine ​​​​und andere Zellmaterialien zwischen Zellen transportieren, sowohl in der Nähe als auch in der Ferne der Zelle, aus der das Vesikel stammt, und durch Bioflüssigkeiten im Körper wandern zu ihr Ziel erreichen.

Es ist bekannt, dass Vesikel eine Schlüsselrolle bei Immun- und Reparaturreaktionen spielen, daher interessieren sich Forscher für ihre Fähigkeiten, da sie ein potenzieller Weg sein könnten, zukünftige gezielte Behandlungen von Zelle zu Zelle innerhalb des Körpers zu liefern und Medikamente oder technische Behandlungen zu sehr spezifischen Zielen zu transportieren oder die natürliche Umleitung bestehender Vesikel, um natürliche Immunantworten auszulösen, wenn der Körper der Menschen nicht selbst die richtigen Antworten produziert.

Das Potenzial dieses Bereichs für Therapien ist groß, daher sind Forscher sehr daran interessiert, herauszufinden, wie und warum Vesikel funktionieren und kommunizieren und wann und wie sie hergestellt werden, damit wir sie als Biomarker besser verfolgen und vorhersagen können, um auf mögliche Verletzungen aufmerksam zu machen und Krankheiten sowie wie sie in Verbindung mit bestehenden Therapien eingesetzt werden können oder sogar zur Entwicklung neuer, zielgerichteter Therapien führen können.

Lark und sein Forschungsteam haben ein besonderes Interesse daran zu lernen, wie extrazelluläre Vesikel funktionieren und wie man sie für zukünftige Therapien nutzen kann.

„Unser Labor ist daran interessiert, zu verstehen, wie Zellen, Gewebe und Organe kommunizieren“, sagt Lark. „Wir untersuchen kleine, von Zellen stammende Partikel, sogenannte extrazelluläre Vesikel, die von jeder Zelle im Körper freigesetzt werden können und mit Krebs, Stoffwechsel- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen in Verbindung gebracht wurden. Wir untersuchen, wie, wann und warum EVs währenddessen aus Skelettmuskeln freigesetzt werden Sport oder als Reaktion auf verschiedene Ernährungsweisen. Unser langfristiges Ziel ist es, EV-basierte Therapien zur Vorbeugung und/oder Behandlung von Stoffwechselerkrankungen zu identifizieren.“

Lark, Valenti und andere sind Co-Autoren einer neuen Arbeit über die Sekrete extrazellulärer Vesikel, die in veröffentlicht wurde American Journal of Physiology – Zellphysiologieveröffentlicht im Februar 2022.

Ein Licht auf die Vesikelproduktion werfen

Um diese biologischen Werkzeuge für die Zukunft der Medizin nutzen zu können, wollen Wissenschaftler und Forscher besser verstehen, wie sie funktionieren, und die Lücken in unserem Verständnis ihrer natürlichen Funktionsweise schließen, bevor sie nach Möglichkeiten suchen, sie für Behandlungen einzusetzen.

„Es gibt eine Reihe von Faktoren, die bestimmen, wie ein bestimmter Zelltyp zur Fülle zirkulierender extrazellulärer Vesikel (EV) beiträgt, einschließlich Gewebemasse, Gewebe-EV-Sekretionskapazität, EV-Zugang zum Kreislauf und EV-Clearance“, erklärten Valenti und sein Forschungsteam in ihrem kürzlich veröffentlichten Artikel „Extrazelluläre Vesikelsekretion in gewebeabhängigen ex vivo- und Skelettmuskel-Myofiber-extrazellulären Vesikeln erreichen den Kreislauf in vivo.“

„Keiner dieser Faktoren ist gut definiert, was die Notwendigkeit gezielter Ansätze und neuartiger Methoden unterstreicht“, sagte er. „Skelettmuskelgewebe und weißes Fettgewebe sind massenmäßig zwei der größten Gewebe im Körper und würden daher voraussichtlich einen wesentlichen Beitrag zur zirkulierenden EV-Häufigkeit leisten.“

Durch die Untersuchung der von beiden Geweben abgesonderten Mengen an Elektrofahrzeugen und die fluoreszierende Markierung von Elektrofahrzeugen aus dem Muskel konnten sie sowohl die Mengen als auch die Herkunft der aus den verschiedenen Geweben ausgeschiedenen Elektrofahrzeuge bestimmen, sodass das Team damit beginnen konnte, eine Grundlage für zukünftige Forschungen zu schaffen. Zukünftige Studien können nun untersuchen, ob die Skelettmuskulatur EVs als Reaktion auf natürliche Belastungen wie Bewegung und deren Einfluss auf andere Organsysteme freisetzt.