Целая аптека внутри нас: клетки научили массово производить лекарства для самих себя

Учёные из инженерного колледжа FAMU-FSU сообщили о разработке метода, который позволяет производить внеклеточные везикулы в промышленном масштабе. Эти микроскопические пузырьки, находящиеся в каждой клетке организма, переносят белки, липиды и другие молекулы, отвечающие за передачу сигналов между клетками и за восстановительные процессы в тканях. Исследователи уже давно рассматривают их как естественные транспортные контейнеры для доставки лекарств: с их помощью можно направлять терапевтические вещества даже в труднодоступные участки организма, например в глубинные слои мозга или в повреждённые сосуды. Главным препятствием на пути внедрения этой технологии в медицину оставалось низкое количество выделяемых везикул, что делало потенциальные препараты слишком дорогими и недоступными для широкого применения.

Команда профессора Янь Ли из кафедры химической и биомедицинской инженерии предложила использовать вертикальные колесные биореакторы. Это специальные установки, внутри которых клетки выращиваются в условиях мягкого, непрерывного вращения. Такая динамическая среда имитирует естественный поток крови в организме: клетки ощущают механическое воздействие, близкое к тому, что они испытывают в сосудах, и в ответ активнее выделяют внеклеточные везикулы. В отличие от традиционного метода, где клетки находятся в неподвижных культуральных камерах, вращающаяся система увеличила выход частиц примерно в два-три раза.

Ключевым преимуществом нового подхода является то, что рост объёмов не сопровождается ухудшением качества везикул. Проведённые тесты показали, что они сохраняют свои свойства: снижают повреждения клеток, связанные со старением, и стимулируют деление и рост тканей. Это значит, что при масштабировании они смогут выполнять те же функции, что и в лабораторных условиях. По сути, исследователи создали модель производства, где клетки работают подобно фабрике на полной мощности: остаются здоровыми и устойчивыми, но выделяют намного больше полезных наночастиц.

С научной точки зрения внеклеточные везикулы интересны ещё и тем, что каждая из них несёт набор молекул, отражающих состояние исходной клетки. Внутри находятся белки, нуклеиновые кислоты и липидные компоненты, которые могут передавать сигнал соседним клеткам и запускать процессы регенерации. Благодаря этому свойства везикул можно использовать как основу для создания биопрепаратов нового поколения. Например, при повреждении сосудов такие частицы способны доставлять белки, активирующие рост эндотелиальных клеток, а при дегенеративных заболеваниях — молекулы, которые замедляют разрушение тканей.

Новая технология решает одну из самых сложных задач — проблему масштабируемости. Если раньше выделение достаточного количества везикул требовало больших затрат и оставалось непрактичным, то теперь биореакторы позволяют получать стабильные объёмы, которые теоретически могут обеспечить потребности клинической медицины. Это открывает перспективу создания доступных препаратов для лечения возрастных заболеваний, восстановления после травм или инфарктов, а также для терапии в тех случаях, где традиционные лекарства не достигают цели.

Важным направлением дальнейших исследований станет анализ состава везикул, произведённых в таких системах. Учёным предстоит уточнить, какие именно молекулы оказывают наибольший лечебный эффект, и как этот состав меняется при переходе на промышленное производство. Кроме того, необходимо убедиться, что при долгосрочном хранении и транспортировке частицы не теряют своих свойств.