Метод улучшения тестов in vitro

Перед введением в организм человека новых наночастиц или других наномедицинских препаратов необходимо провести целую серию испытаний: сначала в лаборатории, затем на живых клетках и, в конечном итоге, на людях. Однако часто результаты, полученные in vitro, не соответствуют тому, что происходит в организме животного или человека. Это заставило исследователей пересмотреть основы дизайна экспериментов in vitro.

В статье, опубликованной в журнале Small, исследователи из EPFL объясняют, как можно избежать таких проблем, заменив обычные статические тесты in vitro на динамические, которые приближены к сложным условиям живого организма — аналогичным тем, что существуют в кровеносной и лимфатической системах тела.

Исследователям удалось «воспроизвести» изменчивые условия реального организма в лаборатории и протестировать поведение наночастиц при различных потоках крови и лимфы. Они также воссоздали эффект «очистки» наночастиц, происходящий в лимфатических узлах, путем «промывания» их от лимфы и повторного введения в кровяную сыворотку.

«Текущие условия инкубации статичны, — говорит Марияна Мионич Эберсольд, ведущий автор исследования, бывший постдок EPFL, а ныне научный сотрудник Университетского госпиталя Лозанны (CHUV). — Наночастицы или тестируемые препараты осторожно добавляют в обычно статичные жидкости и клетки, а затем следует период ожидания в статических условиях, прежде чем взаимодействие и эффекты можно будет изучить, например, под микроскопом. В организме человека жидкости и клетки никогда не остаются в статичном состоянии. Это чрезвычайно динамичная и сложная среда. Поэтому обычные статические методы in vitro не позволяют перенести результаты с тестов in vitro на тесты in vivo».

Воспроизведение условий в кровеносной и лимфатической системах

Для своего исследования учёные использовали в качестве параметра белковую корону, которая отражает это несоответствие между in vitro и in vivo. Белковая корона образуется вокруг наночастиц при контакте с биологической средой. Её присутствие влияет на поведение наночастиц в организме, изменяя их химические свойства, конечную цель и взаимодействие с другими клетками.

Как показало исследование, на белковую корону влияют как поток, так и тип жидкости — кровь или лимфа. «Удивительно, но влияние лимфы на белковую корону и судьбу наночастиц до сих пор полностью игнорировалось — хотя подкожно введённые наномедицинские препараты немедленно контактируют с лимфой пациента», — отмечает Мионич Эберсольд.

Исследование показало, что изменение как потока, так и жидкостей является чрезвычайно важным фактором для формирования белковой короны. Например, условия потока изменятся, и белковая корона будет другой у пациента с проблемами артериального давления по сравнению со здоровым человеком. Таким образом, наночастицы могут вести себя по-разному у различных пациентов и оказывать на них различное воздействие.

Динамические тесты были бы чрезвычайно полезны для наблюдения за формированием белковой короны в различных условиях in vitro, чтобы предсказать, как наночастицы в конечном итоге будут вести себя in vivo. «Когда результаты in vivo отличаются от результатов in vitro, учёные склонны говорить, что они тестировали своё нанолекарство на неправильной животной модели или что химические вещества были не совсем теми и т.д., — говорит Мионич Эберсольд. — Мы считаем, что проблема начинается гораздо раньше, с тестов in vitro, которые проводятся в начальной точке трансляционной наномедицины: именно их статический дизайн часто является причиной расхождений с последующими тестами in vivo».