Les exosomes sont des capsules biologiques de taille nanométrique que les cellules produisent pour protéger et transporter des molécules délicates dans tout le corps. Les capsules sont suffisamment robustes pour résister à la dégradation enzymatique, ainsi que les fluctuations acides et de température dans l'intestin et la circulation sanguine, ce qui en fait un candidat de choix pour l'administration de médicaments.

Les récolter pour atteindre des niveaux de pureté de qualité clinique, cependant, est un processus complexe.

"Les exosomes sont abondants dans le lait de vache, pourtant ils sont difficiles à isoler des autres protéines et lipides du lait, "  a déclaré Rob Gourdie, professeur et directeur du Centre de recherche vasculaire et cardiaque à l'Institut de recherche biomédicale Fralin à VTC.

Le laboratoire de Gourdie a développé une méthode évolutive pour récolter des exosomes à partir de lait de vache non pasteurisé. En utilisant cette méthode de purification, qui a été publié ce mois-ci dans Nanotheranostiques , l'équipe de recherche peut extraire environ une tasse d'exosomes purifiés pour chaque gallon de lait non pasteurisé.

"Pour la première fois, nous avons tracé la voie vers l'évolutivité industrielle de la purification des exosomes pour l'administration orale de médicaments, " dit Gourdie, qui est également l'éminent chercheur du Commonwealth Research Commercialization Fund en recherche en médecine réparatrice cardiaque et professeur de génie biomédical et de mécanique au Collège d'ingénierie de Virginia Tech.

L'équipe de recherche a développé leur multi-étapes, processus de purification rentable, qui optimise les méthodes de filtration, et le moment de la température et des traitements chimiques affectant les niveaux de calcium, pendant la pandémie de COVID-19. Spencer Marsh et Kevin Pridham, tous deux boursiers postdoctoraux dans le laboratoire de Gourdie à l'Institut de recherche biomédicale Fralin, et Jeanne Jourdan, le directeur du laboratoire de Gourdie, fait le travail pratique pour développer la procédure propriétaire.

"Notre équipe a travaillé ensemble de manière efficace et en toute sécurité sur ce projet tout au long de la pandémie, " a déclaré Gourdie. " C'était un spectacle à voir - leur travail d'équipe altruiste, l'enthousiasme et le dévouement à surmonter les défis sont quelque chose qui n'arrive pas aussi souvent qu'on pourrait le penser en science. Il y a eu beaucoup d'échecs, mais finalement, nous avons trouvé des processus par étapes qui fonctionnaient."

Joy Wolfram, professeur adjoint de médecine à la Mayo Clinic qui n'a pas participé à l'étude, affirme que le nouveau protocole fait progresser le potentiel pharmaceutique des exosomes.

"Ce qui est remarquable, c'est la quantité de vésicules extracellulaires qu'ils sont capables de produire. Isoler et fabriquer des vésicules extracellulaires de manière évolutive a toujours empêché leur traduction en clinique, mais cet article montre un chemin pour surmonter ces obstacles, ", a déclaré Wolfram. Wolfram a précédemment publié un protocole d'utilisation de la technologie de filtration à flux tangentiel que l'équipe de Gourdie a adaptée pour isoler les exosomes du lait.

Les exosomes sont sécrétés naturellement par presque tous les types de cellules chez l'homme et d'autres mammifères, et peut être trouvé abondamment dans le sang, lymphe, urine, et du lait. Doublé de membranes protectrices, les exosomes envoient des biomolécules, des fragments de matériel génétique, et des signaux chimiques entre les cellules sur de longues distances.

Durant la dernière décennie, la recherche de leurs applications pharmaceutiques, notamment pour la délivrance de médicaments fragiles, tels que les peptides et les microARN - a augmenté.

"Imaginez au lieu de vous faire vacciner, votre infirmière vous tend un milk-shake à la place. Un autre milk-shake peut contenir des exosomes chargés d'un peptide thérapeutique conçu pour protéger les organes internes tels que le cœur de l'infarctus du myocarde, " dit Gourdie.

Les exosomes peuvent également pénétrer la barrière hémato-encéphalique, une membrane qui protège le cerveau des agents pathogènes et des produits chimiques indésirables, introduisant une nouvelle façon de fournir des traitements pour traiter les maladies neurologiques et le cancer du cerveau.

"L'amélioration de la viabilité de l'utilisation des exosomes ouvre un large éventail de méthodes d'administration de médicaments avec des applications cliniques illimitées, " dit Gourdie.

Gourdie s'est associé à Homestead Creamery, une usine de transformation laitière locale, pour obtenir des échantillons de lait non pasteurisé pour l'étude.

« Nous avons toujours construit notre entreprise sur des relations, et c'est une collaboration passionnante pour nous, " dit Donnie Montgomery, cofondateur et copropriétaire de Homestead Creamery.

L'année dernière, Gourdie a accordé une licence de propriété intellectuelle pour fournir des médicaments pour le cœur à l'aide d'exosomes via la LICENCE :Center for Technology Commercialization de Virginia Tech et a formé The Tiny Cargo Co.