Injizierbare, selbstorganisierende Strukturen "könnten Krebs bekämpfen"

Eine nicht-chirurgische Injektion von "programmierbarem Biomaterial" - die innerhalb eines lebenden Organismus spontan zu einer 3D-Struktur zusammengefügt werden kann - könnte laut einem gemeinsamen Projekt von Harvard-Forschern am Wyss Institute in der Lage sein, Krebs und andere schwere Krankheiten zu bekämpfen und zu verhindern für Biologisch inspirierte Ingenieurwesen und Schule für Ingenieurwesen und angewandte Wissenschaften, beide in Cambridge, MA.
Mesoporöse Silicastäbchen lagern sich spontan zu einem porösen 3D-Gerüst zusammen. Das 3D-Gerüst hat viele Ecken und Winkel und ist groß genug, um Dutzende Millionen rekrutierter Immunzellen aufzunehmen.
Bildnachweis: Wyss Institute der Harvard University

Die Harvard-Teams erforschen die Verwendung von biologisch abbaubaren Stäbchen, bekannt als mesoporöse Silikatstäbe (MSRs), um Medikamente über eine Injektion zu verabreichen. Wenn die Medikamente die Impfstelle erreichen, sammeln sie sich spontan zu einem 3D-Gerüst, so dass die Forscher eine Schachtel mit Streichhölzern in einen Stapel auf einem Tisch schütten.

Dutzende von Millionen dendritischer Zellen schwärmen zur Struktur und nehmen sich in den Ecken des MSR-Gerüsts nieder. Diese "Überwachungszellen" überwachen den Körper - wenn eine schädliche Präsenz erkannt wird, lösen sie eine Immunantwort aus.

"Wir können 3D-Strukturen mit minimal-invasiver Verabreichung erzeugen, um die Immunzellen eines Wirts zu anreichern und zu aktivieren, um schädliche Zellen in vivo anzugreifen und anzugreifen", sagt der leitende Autor der Studie, David Mooney, PhD, ein Mitglied der Wyss Institute Core Faculty und der Robert P. Pinkas Professor für Bioingenieurwesen an der Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Die Studie ist die erste, die mesoporöse Siliciumdioxidgerüste verwendet, um Immunzellen zu rekrutieren

Co-lead Autor Jaeyun Kim, PhD, Assistenzprofessor für Chemieingenieurwesen an der Sungkyunkwan Universität und ehemaliger Postdoctoral Fellow des Wyss Instituts, erklärt weiter:

"Nanoporöse mesoporöse Siliciumdioxidpartikel haben sich bereits als nützlich für die Manipulation einzelner Zellen von innen erwiesen, aber dies ist das erste Mal, dass größere Partikel im Mikrometerbereich zur Erzeugung eines 3D-in vivo-Gerüsts verwendet werden, das rekrutiert werden kann und ziehe Millionen von Immunzellen an. "

Wenn die MSRs im Labor gebaut werden, werden die Stäbchen mit vielen kleinen Löchern - "Nanoporen" - konstruiert, die mit Medikamenten beladen werden können, um Infektionen zu bekämpfen. Wenn die dendritischen Zellen vom Körper zum Gerüst rekrutiert werden, werden die in den Nanoporen enthaltenen Wirkstoffe freigesetzt, was eine Immunantwort in den dendritischen Zellen auslöst.

Sobald sie in eine Immunantwort aktiviert sind, verlassen die dendritischen Zellen das Gerüst und wandern zu den Lymphknoten, wo sie das Immunsystem anweisen, spezifische Zellen, wie zum Beispiel Krebszellen, anzugreifen. In der Zwischenzeit wird die MSR-Struktur biologisch abgebaut und löst sich natürlich auf.

"Obwohl wir uns derzeit auf die Entwicklung eines Krebsimpfstoffs konzentrieren, könnten wir in der Zukunft manipulieren, welche Art von dendritischen Zellen oder andere Arten von Immunzellen in das 3D-Gerüst rekrutiert werden, indem wir verschiedene Arten von Zytokinen aus den MSRs verwenden, ", sagt Co-Lead-Autorin Aileen Li, eine Doktorandin, die an der Harvard SEAS promovierte.

"Indem wir die Oberflächeneigenschaften und die Porengröße der MSRs abstimmen und somit die Einführung und Freisetzung verschiedener Proteine ??und Medikamente kontrollieren, können wir das Immunsystem manipulieren, um mehrere Krankheiten zu behandeln", fügt Li hinzu.

3D-Impfstoff ist in Maus-Studien "sehr effektiv"

Dieser neuartige MSR-Impfstoff wurde an Mäusen getestet und erwies sich laut den Autoren als "hochwirksam", die ihre Ergebnisse in der Zeitschrift veröffentlichen Natur Biotechnologie.

Die Forscher glauben, dass die Impfstoffe schnell verfügbar gemacht und schnell eingesetzt werden könnten, um mit Epidemien fertig zu werden, da sie einfach und schnell hergestellt werden können.

Neben der Bekämpfung von Infektionen und bestimmten Arten von Zellen kann der 3D-Impfstoff auch eine wirksame vorbeugende Therapie sein, da derselbe immunreaktionsauslösende Mechanismus zur Stärkung der Immunresistenz im Vorfeld einer Infektion eingesetzt werden könnte.

Dr. Donald Ingber, PhD, Gründer des Wyss Institute und Professor für Bioengineering an der Harvard SEAS, sagt:

"Injizierbare Immuntherapien, die programmierbare Biomaterialien als leistungsstarkes Vehikel für eine zielgerichtete Behandlung und vorbeugende Behandlung nutzen, könnten helfen, eine ganze Reihe von tödlichen Infektionen zu bekämpfen, darunter weltweit verbreitete Killer wie HIV und Ebola sowie Krebs.

Diese injizierbaren 3D-Impfstoffe bieten eine minimal-invasive und skalierbare Möglichkeit, Therapien zu liefern, die die körpereigene Immunantwort bei Krankheiten imitieren, die bisher der Immunerkennung entgehen konnten. "

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