Новый метод доставки лекарств может обратить процесс старения стволовых клеток

Исследователи из Университета Иллинойса разработали метод доставки антиоксидантов в стволовые клетки, который может предотвратить их переход в стареющее состояние. Используя стабилизированные полимерами кристаллы в качестве носителей антиоксидантов, исследователи добились надежной и долговременной доставки препарата, минимизируя колебания и продлевая его эффективность, что может привести к увеличению урожая биомолекул для терапевтического использования.

С возрастом наш организм меняется и деградирует в процессе, называемом старением. Стволовые клетки, обладающие уникальной способностью превращаться в другие типы клеток, также подвержены старению, что представляет собой проблему при попытке поддержания клеточных культур для терапевтического использования. Биомолекулы, производимые этими клеточными культурами, важны для различных лекарств и методов лечения, но когда клетки переходят в стареющее состояние, они перестают их производить, и, что еще хуже, вместо этого они производят биомолекулы, антагонистичные этим терапевтическим средствам.

Хотя существуют методы удаления старых клеток в культуре, скорость захвата низкая. По мнению Райана Миллера, постдокторанта в лаборатории Хюнджуна Конга (руководитель M-CELS/EIRH/RBTE), профессора химической и биомолекулярной инженерии, вместо удаления старых клеток лучше предотвратить их переход в старение.

“Мы работаем с мезенхимальными стволовыми клетками, которые получают из жировой ткани и производят биомолекулы, необходимые для терапевтических средств, поэтому мы хотим сохранить культуры клеток здоровыми. В клинических условиях идеальным способом предотвращения старения было бы кондиционирование среды, в которой находятся эти стволовые клетки, для контроля окислительного состояния”, – говорит Миллер. “С помощью антиоксидантов можно вывести клетки из этого старческого состояния и заставить их вести себя как здоровые стволовые клетки”.

Хотя лечение клеток антиоксидантами может задержать старение, существующие методы доставки антиоксидантов имеют много недостатков, включая большие различия в количестве высвобождаемого препарата с течением времени и между клетками. Однако недавно опубликованное исследование лабораторий Конга и Хи-Сун Хан (GNDP/IGOH), доцента химии, с Миллером в качестве первого автора, описывает новый метод доставки антиоксидантов в стволовые клетки, который является надежным, долговечным и минимизирует вариации.

Новый метод использует антиоксиданты в виде стабилизированных полимером кристаллов. В традиционных методах кристаллы выращиваются в реакторах, но с помощью микрофлюидики – технологии, позволяющей исследователям работать с невероятно малыми объемами жидкости, исследователи могут создавать кристаллы одинакового размера и дозировки, сводя к минимуму вариации в высвобождении лекарств из разных клеток.

“С помощью микрофлюидики каждая капля функционирует как маленький реактор, что позволяет нам получать небольшие, одинаковые по размеру, индивидуальные кристаллы, что минимизирует вариации в скорости высвобождения лекарства”, – говорит Миллер. Кроме того, кристаллы растворяются медленнее, чем при традиционных методах, что делает высвобождение лекарства равномерным по времени и увеличивает продолжительность действия препарата.

“Мы поняли, что узкая вариация профиля высвобождения лекарства действительно важна”, – объяснил Хан. “Когда вы добавляете лекарства, растворяющиеся в воде, возникает период разрыва, когда большая часть растворяется в жидкости сразу, и только потом. Но кристалл обеспечивает равномерное, расширенное высвобождение, что помогает поддерживать узкий диапазон оптимальных концентраций, которые необходимы”.

“Когда обычные антиоксиданты помещают в воду или биологическую жидкость, они теряют свою жизненную активность в течение шести часов”, – описывает Конг. “Но новый антиоксидантный кристалл остается биологически активным в течение как минимум двух дней, поэтому мы можем фактически продлить срок действия препарата, а также уменьшить частоту, с которой мы должны добавлять антиоксиданты в среду клеточных культур. Это минимизирует вариации в типе биомолекул, которые генерируют стволовые клетки, и улучшает воспроизводимость продукта, что является одной из самых больших проблем в биопроизводстве в настоящее время”.

Увеличение продолжительности действия препарата означает, что культуры стволовых клеток могут дольше находиться в состоянии старения, что приводит к увеличению сбора необходимых биомолекул для терапевтических препаратов. Миллер также говорит, что этот метод может быть использован для лечения стволовыми клетками, полученными от пациента, когда биомолекулы из собственного тела пациента используются для лечения различных заболеваний тканей, таких как травмы или болезни.

“Когда мы используем биомолекулы, полученные от доноров, а не от пациента, это может иметь эффект хозяина”, – объясняет Миллер. “В идеале мы должны брать стволовые клетки у пациента, которого мы лечим, выращивать их в биореакторе и собирать биомолекулы для терапевтического лечения. Это хорошо работает для 20-летнего человека, но если мы рассматриваем пожилого пациента, то у него будет высокая популяция этих стареющих клеток, которые не будут выделять терапевтически значимые биомолекулы. Если мы сможем вывести эти клетки из этого состояния и заставить их вести себя как здоровые клетки, мы сможем получить гораздо большую нагрузку”.

Исследование было опубликовано в журнале Advanced Functional Materials 1-го мая 2023.