Viktiga biologiska skillnader mellan män och kvinnor finns - ända ner till cellnivå. Utredare från Brigham och Women's Hospital och kollegor vid Stanford University, McGill University och University of California, Berkeley ville avgöra om skillnader mellan manliga kontra kvinnliga celler kan påverka hur väl cellerna tar upp nanopartiklar - ett viktigt verktyg för avbildning och riktade läkemedelsleveransapplikationer. Teamet visade att cellsex avsevärt påverkade cellupptagningen av nanopartiklar och fann att celler från män och kvinnor reagerade annorlunda på omprogrammeringstekniker som används för att förbättra cellernas förmåga att differentieras till ett större antal celltyper. Deras resultat, publicerad denna vecka i ACS Nano , kan hjälpa forskare mer säkert och effektivt att producera nanomediciner som tar hänsyn till sex.

"Trots stora ansträngningar inom nanomedicin, färre nanopartikeltekniker än förväntat har gjort det till kliniska prövningar. Anledningen bakom detta stora gap mellan ansträngningarna och framgångsrik klinisk översättning är, åtminstone delvis, på grund av förekomsten av flera förbisedda faktorer vid nanobiogränssnittet. "sa medförsvarande författare Morteza Mahmoudi, Doktorsexamen, en instruktör i Centrum för nanomedicin och Institutionen för anestesiologi vid BWH. "Under de senaste tio åren har det centrala målet för min forskning har varit inriktat på att hitta och införa förbisedda faktorer vid nanobio-gränssnitten för att minimera detta mellanrum mellan bänk och klinik, vilket kan bana ett sätt att påskynda framgångsrik klinisk översättning av nanopartiklar. Olika svar från manliga och kvinnliga celler på exakt samma typ och koncentration av nanopartiklar är den senaste förbisedda faktorn vi har hittat. "

Mahmoudi och hans kollegor har tidigare identifierat flera andra förbisedda biologiska faktorer som tycks bidra till skillnader mellan resultaten i laboratoriet och på kliniken, inklusive betydelsen av personlig medicin vid nanobio -gränssnitten, celltyp, cellform, och inkuberingstemperatur. För att förstå om cellsex kan vara en ytterligare viktig faktor som påverkar resultaten, laget inkuberade nanopartiklar med humana fosterstamceller (hAMSC) som extraherades från fosterskiktet av moderkakan fäst vid manliga och kvinnliga foster. De fann att kvinnliga celler hade betydligt högre upptag av nanopartiklar än manliga celler.

I kroppen, celler är överflödiga i ett brett spektrum av biomolekyler inklusive parakrinfaktorer, som är små proteiner som kan interagera med ytan på nanopartiklar. Teamet fann att parakrinfaktorer varierade mellan manliga och kvinnliga celler:av de 63 parakrinfaktorerna som mäts, 14 visade stora skillnader. Dessa skillnader kan påverka den biologiska identiteten hos nanopartiklar och därmed förändra deras interaktion med cellerna. Bortsett från variationen av parakrinfaktorer mellan manliga och kvinnliga celler, teamet fann också viktiga skillnader i organisationen, distribution och morfologi av aktinfilament hos manliga och kvinnliga hAMSC. Dessa glödtrådar fungerar som små rankor som sveper runt partiklar och uppslukar dem.

"Dessa skillnader kan ha en kritisk inverkan på administrationen av nanopartiklar, "sa Mahmoudi." Om nanopartiklar bär ett läkemedel att leverera, olika upptag kan innebära olika terapeutiska effekter och andra viktiga skillnader, som säkerhet, i kliniska data. "

hAMSCs kan samlas in i ett ännu mer robust stamcellstillstånd med hjälp av ett Sendai-virus för att leverera viktiga faktorer till kärnan. Denna omprogrammeringsteknik är ganska vanlig inom stamcellsbiologi - men forskargruppen fann att även detta tillvägagångssätt påverkas av skillnader mellan manliga och kvinnliga celler, med honceller som svarar nio gånger högre än manliga celler.

Teamet testade också nanopartikelabsorption för andra typer av mänskliga celler, inklusive fibroblaster från givare i äldre åldrar och fann betydande skillnader. Intressant, laget fann att manliga fibroblastceller hade högre upptagningsnivåer än kvinnliga fibroblastceller. De såg också skillnader i formen på cellernas mitokondrier och endoplasmatisk retikulumstruktur bland andra skillnader.

"Det vi ser är att celltypen också kommer att bli kritisk. Om vi ​​försöker leverera ett kemoterapeutiskt läkemedel, celltypen vi riktar oss mot såväl som patientens kön kan påverka hur väl läkemedlet levereras och absorberas, "sa Mahmoudi." Ytterligare forskning krävs om en större variation av celltyper och deras intracellulära skillnader för att uppnå mer fördjupad information om de fysikalisk-kemiska och mekaniska skillnaderna mellan manliga respektive kvinnliga celler. Vi hoppas att vårt arbete hjälper nanobioområdet att förstå och övervinna några av de viktigaste utmaningarna vid leverans av läkemedel, i slutändan tillhandahålla bättre terapier för patienter på ett säkrare och mycket effektivt sexspecifikt sätt. "

BWH har en lång historia och ett engagemang för att förstå hur hälsa och sjukdomar skiljer sig åt efter kön. Särskilt, forskare vid Connors Center for Women's Health and Gender Biology utvecklar sexspecifika behandlings- och förebyggande strategier inom klinisk medicin för att främja hälsovården vid BWH.

"Det är viktigt för oss att erkänna och bättre förstå hur de molekylära och cellulära skillnaderna hos män och kvinnor ligger till grund för så många aspekter av människors hälsa, sa Hadine Joffe, MD, MSc, Verkställande direktör för Mary Horrigan Connors Center for Women's Health &Gender Biology. "Genom denna studie, Morteza Mahmoudi och hans kollegor hjälper till att belysa detta underskattade fenomen, och deras arbete utökar Brighams åtagande att tillämpa upptäckter om sexbaserade skillnader för att förbättra vården. "