En extracellulär vesikel - en nanopartikel som frigörs av celler - kan använda ryckiga rörelser som liknar en bil som väver in och ut ur trafiken för att navigera i den hinderfyllda miljön utanför cellerna, enligt nya upptäckter gjorda av forskare vid University of Illinois i Chicago.

Deras resultat, publiceras i Naturens nanoteknik , är ett viktigt första steg för att effektivt använda extracellulära vesiklar, eller elbilar, som ett terapeutiskt medel som riktar sig mot sjukdomar, som lungskador och cancer.

"Även om elbilar upptäcktes för över 30 år sedan, många trodde att elbilar var cellulärt skräp som var fångat i den extracellulära matrisen, " sa seniorförfattaren Jae-Won Shin, UIC biträdande professor i farmakologi och bioteknik vid College of Medicine. "Inom de senaste 10 åren, fältet har lärt sig att elbilar inte är skräp. De spelar en avgörande roll för att skicka signaler för långdistanskommunikation mellan celler."

Den extracellulära matrisen är ett gelliknande nät av kompakterade proteinkedjor och sockerarter som omger celler. För att förstå hur miljarder elbilar navigerar genom matrisen, Shins labb använde förbättrad bildbehandling, vesikelmärkning och rörelsefångande teknologier som inte var tillgängliga för decennier sedan.

"Vi såg att luckorna i matrisen var mindre än storleken på elbilar och trodde att det skulle bli svårt att resa, "Shin sa. "Det var en överraskning när vi observerade att elbilarna färdades mycket lättare än vi trodde under vissa förhållanden."

Forskarna använde en konstgjord matris, kallas en hydrogel, för att studera om dess struktur spelade en roll i EV-navigering. De anpassar hydrogelens styvhet och hur väl hydrogelen kunde slappna av efter att ha blivit stressad av ett föremål för att göra hydrogelen mer eller mindre lik matrisen i kroppen.

"Elbilarna fastnade när hydrogelen inte kunde slappna av med tiden, som gummi, sade Stephen Lenzini, första författare och UIC doktorand i College of Engineering. "Hydrogelen behövde ha en styv ryggrad för att ge någon form av struktur, men efter en stress var den också tvungen att slappna av tillräckligt för att ordna om sig själv med tiden, vilket gjorde att elbilarna kunde röra sig. Det intressanta fyndet var att denna förmåga att röra sig som inträffade för elbilar i vissa material inte förekom för syntetiska partiklar av liknande storlek."

Samma membran som elbilar använder för att skydda sin last var också avgörande för sin egen flexibilitet i trånga utrymmen. När aquaporin-1 – ett membranprotein som låter vatten komma in och ut ur elbilar – slutade fungera, elbilarna fastnade. Genomträngningen av vatten genom aquaporin-1 i membranet var avgörande för att elbilar skulle glida genom hydrogelluckan.

"Denna studie har öppnat nya vägar för att studera distributionen av elbilar och deras innehåll genom vävnader, sa Lenzini.

Resultaten för UIC-forskargruppen närmare att konstruera effektiva leveranssystem, enligt Shin.

"Det finns en rad sjukdomar som genomgår betydande förändringar i sin miljö. Vid fibros och vissa cancerformer, vävnaderna och matrisen blir stelare med tiden. I vissa cancerformer, distributionen av elbilar har lett till sjukdomsspridning, " han sa så, att förstå hur elbilar sprids är avgörande för att utveckla dessa cellfria terapier och stoppa sjukdomsprogression."