Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe w walce z niewydolnością oddechową

Terapeutyczne nanonośniki wywodzące się z dojrzałych komórek skóry mogą stłumić stan zapalny i zmniejszyć uszkodzenie tkanek płuca – wskazują nowe badania naukowców z Uniwersytetu Stanowego Ohio w USA.

Badacze pod kierunkiem prof. Natalii Higuita-Castro pokazali, że pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (extracellular vesicles – EVs) wydzielane przez komórki skóry mogą posłużyć jako terapeutyczne nanonośniki. Podobne pęcherzyki krążą w ludzkiej krwi i płynach biologicznych oraz przenoszą informacje pomiędzy komórkami organizmu.

Kropla płynu zawierającego zmodyfikowane pęcherzyki dostarczona do płuc przez nos mogłaby leczyć zespół ostrej niewydolności oddechowej (acute respiratory distress syndrome – ARDS). Zespół ten charakteryzuje się wysoką śmiertelnością, między 25 a 40 proc., i jest najcięższą formą niewydolności płuc. Może być wywołany m.in. ciężką infekcją czy urazem.

– Te zewnątrzkomórkowe pęcherzyki mogłyby stać się terapią ARDS, która daje układowi odpornościowemu pacjenta szansę na walkę z chorobą – mówi prof. Natalia Higuita-Castro. – Problem w ARDS polega na tym, że równowaga w organizmie jest przesunięta w stronę stanu zapalnego. Poprzez wprowadzenie czynników przeciwzapalnych można przesunąć tę równowagę w taki sposób, żeby umożliwić układowi odpornościowemu poradzenie sobie z podstawową przyczyną choroby.

Aby stworzyć terapeutyczne pęcherzyki, naukowcy poddają wyizolowane ze skóry komórki (fibroblasty) krótkotrwałemu działaniu prądu elektrycznego. Dzięki temu w ich błonie komórkowej na krótką chwilę otwierają się pory, przez które badacze wprowadzają przygotowane wcześniej DNA. Ten materiał genetyczny każe komórce wytwarzać białka o przeciwzapalnych właściwościach. Po pewnym czasie fibroblasty skórne zaczynają uwalniać pęcherzyki zewnątrzkomórkowe, w których upakowane są przeciwzapalne białka oraz materiał genetyczny, na podstawie którego komórki płuc wytworzą kolejną ich porcję. Aby pęcherzyki trafiały do płuc i tam pozostawały, mają one na swojej powierzchni specjalne cząsteczki, który przy okazji wspomagają działanie przeciwzapalne substancji zawartych w środku pęcherzyka.

– Użycie komórek skóry pobranych od dorosłych zwierząt jest dla nas bardzo ważne, ponieważ chcieliśmy pokazać możliwość przeniesienia tej terapii do kliniki, gdzie moglibyśmy mieć uniwersalne komórki-dawców od dorosłych pacjentów. Fibroblasty skórne są łatwo dostępne, można je hodować, są już używane w praktyce klinicznej do przeszczepów i gojenia ran, nie wywołują odpowiedzi immunologicznej w przeciwieństwie do innych typów komórek – dodaje Higuita-Castro.

Po podaniu myszom pojedynczej kropli płynu zawierającego pęcherzyki badacze zauważyli, że oprócz znacznego zmniejszenia stanu zapalnego w płucach zmniejszał się też stopień ich uszkodzenia. Co więcej, komórki płuc, które przyjęły terapeutyczne pęcherzyki, same zaczęły wydzielać dodatkowe korzystne substancje, np. takie o właściwościach przeciwutleniających.

Wynalezienie skutecznego i bezpiecznego leczenia zespołu ostrej niewydolności oddechowej to ważny cel dla nowoczesnej medycyny. Chociaż tak poważne przypadki niewydolności oddechowej były w przeszłości dość rzadkie, pandemia COVID-19 spowodowała drastyczny wzrost ich liczby, a stosowane leczenie oparte na respiratorach oraz lekach steroidowych powoduje wiele skutków ubocznych.

– Te zewnątrzkomórkowe pęcherzyki są naturalnymi nanonośnikami i sądzimy, że są wspaniałe – natura jest dla nas najlepszym możliwym przykładem, miała miliony lat, żeby zoptymalizować ten system – dodaje badaczka.