Messenger RNA (mRNA) vacciner är ett utmärkt exempel på det lovande området nanomedicin. Men framstegen i utformningen och tillämpningen av nanopartiklar som effektiva transportmedel för biofarmaceutika som innehåller nukleinsyra- eller proteinläkemedelssubstanser går tyvärr anmärkningsvärt långsamt.

Ett nyligen hinder för forskning om läkemedelsleverans är en observerad svag korrelation mellan in vitro (utanför en levande organism) och in vivo (inuti en levande organism) prestanda. Detta problem var inte klart i tidiga skeden, när cellulär leverans av en läkemedelsnanobärare testades främst inom standardcellkultur. Med avancerade farmakologiska in vivo-studier på möss eller mänskliga patienter, blir den låga tillförlitligheten och validiteten hos cellodlingstestning för terapeutiska tillämpningar uppenbar.

När nanopartiklar appliceras intravenöst möter de flera hinder som skiljer sig från in vitro-situationer, till exempel när de möter blodkomponenter. Nanopartiklar täcks vanligtvis av ett biomolekylärt flerskikt (en proteinkorona), som förändrar nanopartiklarnas fysiokemiska egenskaper, farmakokinetik och toxicitetsprofil.

I Biofysikrecensioner , ger forskare i Tyskland en banbrytande karaktärisering av proteinkorona som bildas runt nanopartiklar och dess inverkan på de fysiokemiska och biologiska egenskaperna hos dessa nanopartiklar.

"När man förutsäger in vivo-prestanda från in vitro-data, rekommenderas det att kombinera flera analytiska och biologiska karakteriseringsmetoder för att få mer detaljerad inblick i in vivo-egenskaperna och beteendet hos nanopartiklarna", säger Simone Berger, medförfattare från Ludwig Maximilian Universitetet i München.

Valet av biovätskan – serum, plasma eller fullblod och djurursprung – och upprättande av standardiserade protokoll är av stor betydelse för mer konsekvent, robust och heltäckande preklinisk studier för att härleda struktur-aktivitetssamband och in vitro/in vivo korrelationer.

"Kunskapen som erhållits om bildning av proteinkorona kan utnyttjas för att optimera bärare för nanomediska tillämpningar," sa Berger.

Information som biodistribution in vivo och effekter utanför målet kan inte erhållas från in vitro-experiment, påpekar forskarna. Men nya screeningmetoder med hög genomströmning som streckkodssystemet kan göra in vivo undersökningar mer effektiva, ekonomiska och etiska.

Viss osäkerhet kvarstår om översättbarhet från små till stora djur och människor, men bioinformatik kan hjälpa till att identifiera bäst passande djurmodeller för vissa sjukdomar.

"Alternativ till djurmodeller, såsom mikrofluidisk "mänskligt organ-på-ett-chip"-teknologi eller beräkningsförutsägelser, kan vara lovande strategier för att ersätta djurstudier i framtiden, säger Berger.

Nanomedicin visar "stor potential att revolutionera det terapeutiska landskapet med ett brett spektrum av applikationer som cancervaccin/immunterapi eller behandling av genetiska sjukdomar", säger Berger. "Med korrekta och mer prediktiva in vitro-analyser kommer den prekliniska pipelinen att bli effektivare, snabbare och ekonomisk. Och viktigare är att djurförsök kan ersättas eller åtminstone minska." + Utforska vidare

En metod för att förbättra in vitro-tester