Лиофилизированные экзосомы могут изменить доставку и хранение лекарств

Лаборатория Гурди столкнулась с проблемой собственного создания. Лаборатория в Институте биомедицинских исследований Фрейлина при VTC годами исследовала, как микроскопические контейнеры, естественным образом содержащиеся в сыром коровьем молоке — экзосомы — можно использовать для доставки лекарств в организме.

Профессор Роберт Гурди и его команда настолько улучшили процесс их экстракции из молока, что у них внезапно возникла новая проблема: как хранить огромные производимые количества. Заморозка работала лишь несколько дней и повреждала экзосомы.

«Кристаллы льда действуют как измельчитель на всё биологическое», — сказал Гурди, профессор Хейвуда Фрейлина и директор Центра исследований сосудов и сердца института.

Теперь исследователи нашли решение, усовершенствовав процесс лиофилизации (сублимационной сушки), который сохраняет экзосомы стабильными до года при комнатной температуре. Это меняет правила игры, позволяя потреблять их в форме капсул и транспортировать без затратной холодовой цепи. Это может значительно расширить их использование в доставке лекарств, в том числе компанией Tiny Cargo Co., стартапом, созданным лабораторией Гурди для этой цели.

Открытие описано в недавней статье в Journal of Biological Engineering.

«Это веха на пути к использованию экзосом для реального биомедицинского применения, особенно в целевой доставке лекарств и диагностике следующего поколения», — сказал Гурди.

Экзосомы высвобождаются многими типами клеток. Их диаметр составляет всего 30–150 нанометров, а в одном литре сырого молока содержатся триллионы. Эти биологические средства доставки показали перспективность в защите лекарств от деградации или атаки враждебной средой кишечника или иммунным ответом в крови, пока они не достигнут поражённых или повреждённых областей.

Лаборатория Гурди, ища способ доставки разработанного ею пептида для заживления ран, создала сложный процесс на основе фильтрации для извлечения экзосом из молока. В то время как предыдущие методы на основе культур клеток дают лишь следовые количества, метод Гурди производит их из молока фунтами.

Он основал Tiny Cargo, чтобы доставить технологию пациентам.

Команда хранила экзосомы при температуре минус 80 градусов по Фаренгейту, но этот процесс был ограничивающим. Например, если партию отправляли на родину Гурди в Новую Зеландию, у коллег там было, возможно, три дня на её использование.

Алан Доган, студент Медицинской школы Виргинского технологического института и Университета Кэрилиона, работающий в лаборатории и первый автор статьи, предложил стабилизированные экзосомы в качестве исследовательского проекта.

Другие лаборатории пробовали лиофилизацию, но с ограниченным успехом. Доган обнаружил, что связующее вещество улучшает стабильность. После обсуждения в лаборатории высокого содержания триптофана в молозиве (первом грудном молоке кормящих матерей) и потенциальной важности этой аминокислоты для адгезии экзосом с молочными белками, Доган протестировал аминокислоту.

Это сработало, дав порошкообразный продукт, остававшийся стабильным при комнатной температуре в течение длительных периодов.

«Мы думаем, что, возможно, триптофан покрывает внешнюю сторону экзосом, предотвращая их агрегацию, а также, возможно, даже даёт им небольшой доспех», — сказал Гурди.

Процесс не только решает проблему хранения в лаборатории, но и устраняет промышленное узкое место, позволяя производить и хранить экзосомы в больших масштабах.

«Что это даёт для коммерческой реализации — это возможность пройти весь процесс, поставить продукт на полку, и когда клиент захочет что-то купить или начать проект, он уже там», — сказал Спенсер Марш, главный научный сотрудник Tiny Cargo и научный сотрудник лаборатории Гурди.

Компания готовится поставлять экзосомы, загруженные соединениями для заживления ран, для лечения радиационного облучения в оборонных и промышленных условиях, а также для снижения побочных эффектов лучевой терапии у онкологических пациентов.

Без нового процесса экзосомы приходилось либо загружать и замораживать в надежде на быстрое использование, либо производить на заказ, что требовало замороженной доставки.

Теперь их можно недорого перевозить при комнатной температуре и упаковывать в капсулы для перорального применения.

Экзосомы, обладающие омолаживающими свойствами даже без пептида, также можно хранить для использования в фармацевтической косметике, например, в кремах для подтяжки кожи.

«В долгосрочной перспективе это открытие выходит далеко за рамки показаний, над которыми работает Tiny Cargo, и затрагивает огромную область, которая в настоящее время зависит от холодового хранения и холодовой цепи», — сказал Марш. «Это потенциально устраняет эту дорогую и сложную необходимость для многих лекарств».