Les vésicules extracellulaires (VE) peuvent se déplacer à travers des matrices plus denses qui peuvent se détendre avec le temps, y compris ceux trouvés dans le corps. Aquaporine-1, une protéine membranaire qui permet à l'eau d'entrer et de sortir des véhicules électriques, est essentiel pour cette capacité de transport. Crédit :Shin, et al.
Une vésicule extracellulaire - une nanoparticule libérée par les cellules - peut utiliser des mouvements saccadés similaires à ceux d'une voiture entrant et sortant de la circulation pour naviguer dans l'environnement rempli d'obstacles à l'extérieur des cellules, selon de nouvelles découvertes faites par des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Chicago.
Leurs découvertes, Publié dans Nature Nanotechnologie , sont une première étape clé pour utiliser efficacement les vésicules extracellulaires, ou VE, comme thérapeutique ciblant les maladies, comme les lésions pulmonaires et le cancer.
"Bien que les véhicules électriques aient été découverts il y a plus de 30 ans, beaucoup pensaient que les véhicules électriques étaient des déchets cellulaires piégés dans la matrice extracellulaire, " a déclaré l'auteur principal Jae-Won Shin, Professeur assistant UIC de pharmacologie et de bio-ingénierie au Collège de médecine. « Au cours des 10 dernières années, le terrain a appris que les véhicules électriques ne sont pas indésirables. Ils jouent un rôle essentiel dans l'envoi de signaux pour la communication à longue distance entre les cellules."
La matrice extracellulaire est un filet de type gel de chaînes protéiques compactées et de sucres qui entoure les cellules. Pour comprendre comment des milliards de véhicules électriques naviguent dans la matrice, Le laboratoire de Shin a utilisé une imagerie améliorée, des technologies d'étiquetage des vésicules et de capture de mouvement qui n'étaient pas disponibles il y a des décennies.
"Nous avons vu que les écarts dans la matrice étaient plus petits que la taille des véhicules électriques et nous pensions que les déplacements seraient difficiles, ", a déclaré Shin. "Ce fut une surprise lorsque nous avons observé que les véhicules électriques se déplaçaient beaucoup plus facilement que nous ne le pensions dans certaines conditions."
Les chercheurs ont utilisé une matrice artificielle, appelé hydrogel, pour étudier si sa structure a joué un rôle dans la navigation EV. Ils personnalisent la rigidité de l'hydrogel et la façon dont l'hydrogel peut se détendre après avoir été stressé par un objet afin de rendre l'hydrogel plus ou moins semblable à la matrice dans le corps.
"Les véhicules électriques se sont bloqués lorsque l'hydrogel n'a pas pu se détendre avec le temps, comme le caoutchouc, " a déclaré Stephen Lenzini, premier auteur et étudiant diplômé de l'UIC au Collège d'ingénieurs. "L'hydrogel devait avoir une épine dorsale rigide pour fournir une sorte de structure, mais après un stress, il a également dû se détendre suffisamment pour se réorganiser au fil du temps, qui permettait aux véhicules électriques de se déplacer. La découverte intéressante était que cette capacité de mouvement qui se produisait pour les véhicules électriques dans certains matériaux ne se produisait pas pour les particules synthétiques de taille similaire. »
La même membrane que les véhicules électriques utilisent pour protéger leur cargaison était également essentielle pour sa propre flexibilité dans les espaces restreints. Lorsque l'aquaporine-1, une protéine membranaire qui permet à l'eau d'entrer et de sortir des véhicules électriques, a cessé de fonctionner, les véhicules électriques se sont bloqués. La perméation de l'eau à travers l'aquaporine-1 dans la membrane était essentielle pour que les véhicules électriques se glissent à travers les lacunes de l'hydrogel.
"Cette étude a ouvert de nouvelles pistes pour étudier la distribution des véhicules électriques et leur contenu à travers les tissus, " a déclaré Lenzini.
Les résultats rapprochent le groupe de recherche de l'UIC de la conception de systèmes de livraison efficaces, selon Shin.
« Il existe toute une gamme de maladies qui subissent des changements substantiels dans leur environnement. Dans la fibrose et certains cancers, les tissus et la matrice deviennent plus rigides avec le temps. Dans certains cancers, la distribution des véhicules électriques a conduit à la propagation de la maladie, " dit-il. " Alors, comprendre comment les véhicules électriques sont dispersés est essentiel pour développer ces thérapies sans cellules et arrêter la progression de la maladie. »
