I en post-pandemisk värld är vi vana vid att skicka och ta emot paket, få matvaror och föremål levererade till vår dörr, skicka meddelanden och föremål till nära och kära som vi inte kan se. Vi har blivit vana vid att skicka och ta emot många små paket, men visste du att det bästa paketsystemet i världen finns i våra egna kroppar?

Dan Lark, Ph.D., biträdande professor vid Colorado State University Department of Health and Exercise Science och huvudforskare för Extracellular Regulation of Metabolism Laboratory, arbetar med Zackary Valenti, en doktorand i avdelningens Human Bioenergetics Ph.D. program, för att studera de viktigaste sätten att celler kommunicerar med varandra.

I varje människokropp skickar och tar cellerna emot föremål ständigt, tar emot nödvändiga näringsämnen och skickar bort avfall genom att använda extracellulära vesiklar, små kapslar gjorda av ett lipiddubbelskikt som knoppar av den första cellen och reser till den mottagande cellen, som tar emot den och återabsorberar paket med varor som skickas från de andra cellerna. Nästan alla celler kan skapa extracellulära vesiklar, och det finns en mängd olika sätt som våra kroppar använder dessa celler för att kommunicera, fylla på näringsämnen eller eliminera avfall, samt spela nyckelroller i processer för immunsvar och koagulation, bland andra cellulära svar.

Även om vi vet att extracellulära vesiklar spelar nyckelroller i cellkommunikation och många viktiga kroppsprocesser, finns det fortfarande många frågor om hur och när extracellulära vesiklar fungerar, vilket kan vara kritiska biomarkörer för sjukdom. Dessa frågor är precis vad Lark, Valenti och forskargruppen vid Extracellular Regulation of Metabolism Laboratory vill svara.

Valenti, tillsammans med ett team av forskare, tittade på hur dessa extracellulära vesiklar utsöndras av olika vävnadstyper, specifikt skelettmuskelvävnad och vit fettvävnad, för att se om dessa vesiklar kan detekteras i blodet, ett område av fältet som har fått minimal forskning tidigare. Finansierat av American Heart Association, syftade arbetet till att se om skelettvävnaden naturligt utsöndrade fler vesiklar än fettvävnaden och syftade till att definiera ursprunget och förekomsten av dessa vesikler så att de kunde användas som biomarkörer och potentiellt leda till tekniska terapier för patienter.

Vesiklar kan vara nyckeln till framtiden för riktad medicin

Precis som postsystemet är vesiklar i din kropp små förpackningar som levererar RNA, DNA, lipider, proteiner och annat cellulärt material mellan cellerna, både nära och långt till cellen som vesikeln härstammar från, och reser genom biovätskor i kroppen för att nå sin destination.

Vesikler är kända för att spela nyckelroller i immun- och reparationssvar, så forskare är intresserade av deras förmågor, eftersom de kan vara ett potentiellt sätt att leverera framtida riktade behandlingar från cell till cell i kroppen, bära medicin eller konstruerade behandlingar till mycket specifika målinriktade regioner, eller naturligt omdirigera befintliga vesiklar för att utlösa naturliga immunsvar när människors kroppar inte producerar de korrekta svaren på egen hand.

Potentialen för detta område för terapier är stor, så forskare är mycket intresserade av att avgöra hur och varför vesiklar fungerar och kommunicerar, och när och hur de tillverkas, så att vi bättre kan spåra och förutsäga dem som båda biomarkörer för att varna om eventuell skada och sjukdom, såväl som hur de kan användas i kombination med befintliga terapier, eller till och med leda till skapandet av nya, riktade terapier.

Lark och hans forskargrupp har ett särskilt intresse av att lära sig hur extracellulära vesiklar fungerar och hur man kan utnyttja dem för framtida terapier.

"Vårt laboratorium är intresserad av att förstå hur celler, vävnader och organ kommunicerar", säger Lark. "Vi studerar små cellhärledda partiklar som kallas extracellulära vesiklar, som kan frigöras från alla celler i kroppen och som har varit inblandade i cancer, metabola och hjärt-kärlsjukdomar. Vi studerar hur, när och varför elbilar frigörs från skelettmuskulaturen under träning eller som svar på olika dieter. Vårt långsiktiga mål är att identifiera EV-baserade terapier för att förebygga och/eller behandla metabola sjukdomar."

Lark, Valenti och andra är medförfattare till en ny artikel om sekret från extracellulära vesiklar publicerad i American Journal of Physiology–Cell Physiology , släppt februari 2022.

Lyser ett ljus på vesikelproduktion

För att kunna använda dessa biologiska verktyg för framtidens medicin strävar forskare och forskare efter att bättre förstå hur de fungerar och fylla luckorna i vår förståelse av hur de fungerar naturligt innan de tittar på sätt att använda dem för behandlingar.

"Det finns ett antal faktorer som dikterar hur en given celltyp kommer att bidra till cirkulerande extracellulära vesiklar (EV), inklusive vävnadsmassa, vävnads EV-sekretionskapacitet, EV-tillgång till cirkulation och EV-clearance," förklarade Valenti och hans forskargrupp i deras nyligen släppta artikel, "Extracellulär vesikelsekretion i vävnadsberoende ex vivo och skelettmuskelmyofiber extracellulära vesiklar når cirkulationen in vivo."

"Ingen av dessa faktorer har definierats väl, vilket betonar behovet av riktade tillvägagångssätt och nya metoder," sade han. "Skelettmuskelvävnad och vit fettvävnad är, i massa, två av de största vävnaderna i kroppen och skulle därför förutsägas vara viktiga bidragsgivare till cirkulerande EV-överflöd."

Genom att studera nivåerna av elbilar som utsöndras från båda vävnaderna, och fluorescerande märkning av elbilar från muskler, kunde de bestämma både nivåerna och ursprunget för elbilar som utsöndras från de olika vävnaderna, vilket gjorde att teamet kunde börja lägga en grund för framtida forskning. Framtida studier kan nu undersöka om skelettmuskulaturen frigör elbilar som svar på naturliga påfrestningar, såsom träning, och deras inverkan på andra organsystem.