Innan nya nanopartiklar eller andra nanomediciner kan injiceras i människokroppen, en hel serie tester måste utföras i laboratoriet, sedan i levande celler, och i slutändan på människor. Men ofta liknar resultaten som erhålls in vitro inte vad som faktiskt händer i djur- eller människokroppen. Således, forskarna omprövade grunden för den experimentella designen in vitro.
I en artikel publicerad i tidskriften Små , EPFL-forskare förklarar hur sådana problem kan undvikas genom att ersätta konventionella statiska in vitro-tester med dynamiska tester som approximerar komplexa levnadsförhållanden - jämförbara med de som förekommer i kroppens blod och lymfsystem.
Forskarna kunde "replicera" de varierande verkliga kroppsförhållandena i ett labb, och testa beteendet hos nanopartiklar i olika blod- och lymfflöden. De reproducerade också den "rengörande" effekten av nanopartiklar, som går igenom i lymfkörtlar, genom att "tvätta" lymfan från dem och återinjicera dem i blodserumet.
"Nuvarande inkubationsförhållanden är statiska, " säger Marijana Mionic Ebersold, en tidigare post-doc vid EPFL, ledande författare av studien inom ramen för ett Nano-Tera-projekt och arbetar för närvarande som vetenskaplig samarbetspartner vid universitetssjukhuset i Lausanne (CHUV). "Nanopartiklar eller läkemedel som ska testas tillsätts noggrant till de typiskt statiska vätskorna och cellerna, och sedan finns det en väntetid i statiska förhållanden innan interaktionen och effekterna kan studeras till exempel under mikroskop", tillägger hon. "I människokroppen, vätskor och celler förblir aldrig riktigt statiska. Det är en extremt dynamisk och komplex miljö. De konventionella statiska in vitro-metoderna tillåter därför inte översättning av resultat från in vitro- till in vivo-testning."
Reproducerar tillstånden i blod och lymfsystem
För sina studier, forskarna använde proteinet corona som parametern som återspeglar denna in vitro/in vivo avvikelse. Proteinet corona bildas runt nanopartiklar när de kommer i kontakt med en biologisk miljö. Dess närvaro påverkar beteendet hos nanopartiklar i kroppen genom att ändra deras kemiska egenskaper, destination, och deras interaktioner med andra celler.
Proteinet corona påverkas av både flödet och typen av vätska, dvs blod eller lymfa, som studien visar. "Förvånande, lymfans inverkan på proteinet corona och nanopartiklarnas öde har hittills helt försummats - även om subkutant injicerade nanomediciner omedelbart kommer i kontakt med patientens lymfa", säger Mioni? Ebersold.
Studien visade att en förändring i både flöde och vätskor är en extremt viktig faktor när det kommer till bildandet av proteinet corona. Till exempel, flödesförhållandena skulle förändras och proteinkorona skulle vara annorlunda hos en patient med olika blodtrycksproblem jämfört med en frisk person. Nanopartiklar kan alltså bete sig helt olika och hos olika patienter och ha olika effekter på dem.
Dynamiska tester skulle därför vara extremt användbara för att observera bildandet av proteinet corona i olika in vitro-miljöer för att förutsäga hur nanopartiklarna i slutändan kommer att bete sig in vivo. "När in vivo-resultat skiljer sig från in vitro-resultat, forskare brukar säga att de testade sin nanomedicin i fel djurmodell eller att kemikalierna inte var exakt samma osv. " säger Mioni? Ebersold. "Vi tror att problemet börjar mycket tidigare, med in vitro-tester som utförs vid utgångspunkten för translationell nanomedicin:deras statiska design är det som ofta står för avvikelserna med de senare in vivo-testerna."
