Storlek spelar verkligen roll när det kommer till mekanismerna som celler använder för att kommunicera med varandra, enligt banbrytande ny nanobioteknologisk forskning som har viktiga konsekvenser för diagnos och behandling av sjukdomar.

Ett internationellt team av forskare har gjort stora framsteg för att förstå "exosomer" - små biologiska strukturer (eller "vesiklar") som används av celler i kroppen för att överföra information. Forskarna tror att fynden kan vara betydelsefulla för flera områden inom medicinsk vetenskap, från att anpassa medicinska behandlingar till att bättre förstå tillväxten och spridningen av cancertumörer.

Exosomer är packade med proteiner och RNA. De kan genereras av en cell, tas upp av en annan, och utlösa ett specifikt svar. Hittills, vetenskaplig forskning har fokuserat på innehållet i exosomer, men en ny studie ledd av forskare vid University of Lincoln, STORBRITANNIEN, fokuserade istället på storleken på exosomer och hur detta påverkar hur de fungerar.

Under ledning av Dr Enrico Ferrari, en specialist på nanobioteknik, laget upptäckte att ju mindre exosomerna är, desto lättare är det för målceller att plocka upp dem. Detta gör kommunikationen mellan celler mycket snabbare.

Studien undersökte exosomer tagna från en patient med höggradigt gliom (snabbväxande hjärntumör). Forskarna hade tidigare funnit att vissa stamceller i patientens hjärna producerade exosomer som var ansvariga för att stödja cancerceller och göra dem mer aggressiva.

Deras senaste arbete tyder på att nivån av aggression i en tumör kan bestämmas av storleken på exosomer som produceras av cancercellerna – till exempel ju mindre exosomer, desto snabbare kan cellerna kommunicera och reproducera sig, och ju snabbare cancern utvecklas.

Dessa initiala fynd kan därför ha viktiga konsekvenser för prognosen för olika cancerformer i framtiden, eftersom läkare kanske kan undersöka storleken på de exosomer som produceras och mer exakt förutse förloppet av en patients tumör.

Studien utfördes av forskare från School of Life Sciences vid University of Lincoln, STORBRITANNIEN; institutionen för medicinska och biologiska vetenskaper vid universitetet i Udine; och Institutionen för neurovetenskap vid Santa Maria della Misericordia University Hospital, båda i Italien. Resultaten publiceras i den vetenskapliga tidskriften, Nanomedicin:Nanoteknik, Biologi och medicin .

"Istället för att titta in i exosomen, vi bestämde oss för att ta en detaljerad titt på fordonets karaktär, speciellt dess storlek", förklarade Dr Ferrari. "Om du tänker på en exosom som ett paket, oavsett vilka specifika molekyler den bär, ”kuvertets” karaktär är sannolikt av stor betydelse för leveransen av meddelandet. Ju större kuvert, desto svårare är det att leverera!

"Tidigare forskning har undersökt hur storlek påverkar beteendet hos konstgjorda nanopartiklar i en människokropp, och denna nya studie visade att biologiska partiklar som exosomer kan agera på ungefär samma sätt - ju mindre de är, desto högre är deras budskap, eftersom det är lättare för målceller att ta upp dem och "höra" meddelandet.

"Traditionellt har det varit svårt att observera detta beteende i exosomer eftersom de är extremt små (väl under optisk upplösning), mycket svårfångad, och svår att isolera. Dock, vårt team utvecklade en ny uppsättning tekniker för att övervinna alla dessa faktorer och svara på viktiga frågor om storleksberoende upptag, som tidigare inte har behandlats.

"Storleken på olika exosomer har utforskats i några andra studier, men aldrig i förhållande till hur effektivt de kan leverera sina budskap."

Den nya forskningen kan också få framtida konsekvenser för leveransen av medicin, eftersom exosomer potentiellt kan användas som nanobärare för specifika läkemedel. Forskarna förutspår att det kan vara möjligt att manipulera storleken på exosomer som används i terapi för att göra dem mer effektiva, och att använda de personliga exosomer som produceras i människokroppen – eller partiklar som efterliknar hur de beter sig – för att uppnå mer målinriktad och effektiv läkemedelstillförsel. Denna process kallas exoterapi.

Teamet hoppas nu kunna fortsätta forskning inom detta område för att mer exakt förstå effekten av exosomstorlek på hur celler kommunicerar, och utveckla hur denna kunskap kan användas i diagnosen, prognos och behandling av enskilda patienter.