Exosomer är biologiska kapslar i nanostorlek som celler producerar för att skydda och transportera känsliga molekyler i hela kroppen. Kapslarna är tillräckligt tåliga för att motstå enzymatisk nedbrytning, samt sura och temperaturfluktuationer i tarmen och blodomloppet, vilket gör dem till en främsta kandidat för läkemedelstillförsel.

Skörda dem för att uppnå kliniska renhetsnivåer, dock, är en komplex process.

"Exosomer är rikliga i komjölk, ändå är de svåra att isolera från andra mjölkproteiner och lipider, "  sade Rob Gourdie, professor och chef för Center for Vascular and Heart Research vid Fralin Biomedical Research Institute vid VTC.

Gourdies laboratorium utvecklade en skalbar metod för att skörda exosomer från opastöriserad komjölk. Genom att använda denna reningsmetod, som publicerades denna månad i Nanotheranostik , forskargruppen kan extrahera ungefär en kopp renade exosomer för varje liter opastöriserad mjölk.

"För första gången, vi har kartlagt en väg mot den industriella skalbarheten av exosomrening för oral läkemedelstillförsel, sa Gourdie, som också är Commonwealth Research Commercialization Fund Eminent Scholar in Heart Reparative Medicine Research och professor i biomedicinsk teknik och mekanik vid Virginia Techs College of Engineering.

Forskargruppen utvecklade sin multi-step, kostnadseffektiv reningsprocess, som optimerar filtreringsmetoder, och tidpunkt för temperatur och kemiska behandlingar som påverkar kalciumnivåerna, under covid-19-pandemin. Spencer Marsh och Kevin Pridham, båda postdoktorerna i Gourdies labb vid Fralin Biomedical Research Institute, och Jane Jourdan, Gourdies labbchef, gjorde det praktiska arbetet med att utveckla det proprietära förfarandet.

"Vårt team arbetade effektivt och säkert tillsammans med detta projekt under hela pandemin, " sa Gourdie. "Det var en syn att se - deras osjälviska lagarbete, entusiasm och engagemang för att övervinna utmaningar är något som inte händer så ofta som man kanske tror inom vetenskapen. Det var många misslyckanden, men så småningom kom vi på stegvisa processer som fungerade."

Joy Wolfram, biträdande professor i medicin vid Mayo Clinic som inte var involverad i studien, säger att det nya protokollet främjar den farmaceutiska potentialen för exosomer.

"Det som är anmärkningsvärt är mängden extracellulära vesiklar de kan producera. Att isolera och tillverka extracellulära vesiklar på ett skalbart sätt har alltid förhindrat att de överförs till kliniken, men detta papper visar en väg att övervinna dessa vägspärrar, " sa Wolfram. Wolfram publicerade tidigare ett protokoll för användning av tangentiell flödesfiltreringsteknologi som Gourdies team anpassade för att isolera mjölkexosomer.

Exosomer utsöndras naturligt av nästan alla celltyper hos människor och andra däggdjur, och kan hittas rikligt i blod, lymfa, urin, och mjölk. Fodrad med skyddande membran, exosomer skickar biomolekyler, bitar av genetiskt material, och kemiska signaler mellan celler över långa avstånd.

Under det senaste decenniet, forskning om deras farmaceutiska tillämpningar – särskilt för leverans av ömtåliga läkemedel, som peptider och mikroRNA – har ökat.

"Föreställ dig istället för att få ett vaccin, din sköterska ger dig en milkshake istället. En annan milkshake kan innehålla exosomer laddade med en terapeutisk peptid utformad för att skydda inre organ som hjärtat från hjärtinfarkt, " sa Gourdie.

Exosomer kan också penetrera blod-hjärnbarriären, ett membran som skyddar hjärnan från oönskade patogener och kemikalier, introducerar ett nytt sätt att leverera terapi för att behandla neurologiska sjukdomar och hjärncancer.

"Att förbättra livsdugligheten för att använda exosomer öppnar upp ett brett utbud av läkemedelstillförselmetoder med obegränsade kliniska tillämpningar, " sa Gourdie.

Gourdie samarbetade med Homestead Creamery, en lokal mejeriförädlingsanläggning, för att erhålla opastöriserade mjölkprover för studien.

"Vi har alltid byggt vår verksamhet på relationer, och detta är ett spännande samarbete för oss, sa Donnie Montgomery, medgrundare och delägare av Homestead Creamery.

Förra året licensierade Gourdie den intellektuella egendomen för att leverera hjärtmedicin med exosomer genom Virginia Techs LICENSE:Center for Technology Commercialization och bildade The Tiny Cargo Co.