Uma vesícula extracelular - uma nanopartícula liberada pelas células - pode usar movimentos bruscos semelhantes a um carro entrando e saindo do trânsito para navegar pelo ambiente cheio de obstáculos fora das células, de acordo com novas descobertas feitas por pesquisadores da Universidade de Illinois em Chicago.

Suas descobertas, publicado em Nature Nanotechnology , são um primeiro passo fundamental para usar vesículas extracelulares com eficiência, ou EVs, como uma terapia que visa doenças, como lesão pulmonar e câncer.

"Embora os EVs tenham sido descobertos há mais de 30 anos, muitos acreditavam que os EVs eram lixo celular que ficava preso na matriz extracelular, "disse o autor sênior Jae-Won Shin, Professor assistente de farmacologia e bioengenharia da UIC na Faculdade de Medicina. "Nos últimos 10 anos, o campo aprendeu que os EVs não são lixo. Eles desempenham um papel crítico no envio de sinais para comunicação de longa distância entre as células. "

A matriz extracelular é uma rede semelhante a um gel de cadeias de proteínas compactadas e açúcares que envolve as células. Para entender como bilhões de EVs navegam pela matriz, O laboratório de Shin usou imagens aprimoradas, rotulagem de vesículas e tecnologias de captura de movimento que não estavam disponíveis décadas atrás.

"Vimos que as lacunas na matriz eram menores do que o tamanho dos EVs e pensamos que a viagem seria difícil, "Shin disse." Foi uma surpresa quando observamos que os EVs viajavam muito mais prontamente do que pensávamos em certas condições. "

Os pesquisadores utilizaram uma matriz artificial, chamado de hidrogel, para estudar se sua estrutura desempenhou um papel na navegação EV. Eles personalizam a rigidez do hidrogel e quão bem o hidrogel pode relaxar após ser estressado por um objeto, a fim de torná-lo mais ou menos parecido com a matriz do corpo.

"Os EVs travaram quando o hidrogel não conseguiu relaxar com o tempo, como borracha, "disse Stephen Lenzini, primeiro autor e estudante de graduação da UIC na Faculdade de Engenharia. "O hidrogel precisava ter uma estrutura rígida para fornecer algum tipo de estrutura, mas depois de um estresse, ele também teve que relaxar o suficiente para se reorganizar com o tempo, o que permitiu que os EVs se movessem. A descoberta interessante foi que essa capacidade de movimento que ocorreu para EVs em alguns materiais não ocorreu para partículas sintéticas de tamanho semelhante. "

A mesma membrana que os EVs usam para proteger sua carga também foi essencial para sua própria flexibilidade em espaços apertados. Quando a aquaporina-1 - uma proteína de membrana que permite a entrada e saída de água dos EVs - parou de funcionar, os EVs ficaram presos. A permeação de água através da aquaporina-1 na membrana foi essencial para que os EVs deslizassem pelas lacunas do hidrogel.

"Este estudo abriu novos caminhos para estudar a distribuição de EVs e seu conteúdo através dos tecidos, "Disse Lenzini.

Os resultados aproximam o grupo de pesquisa UIC de sistemas de entrega eficazes de engenharia, de acordo com Shin.

“Há uma série de doenças que sofrem mudanças substanciais em seu ambiente. Na fibrose e em alguns tipos de câncer, os tecidos e a matriz tornam-se mais rígidos com o passar do tempo. Em alguns cânceres, a distribuição de EVs levou à disseminação de doenças, "ele disse." Então, compreender como os EVs são dispersos é fundamental para desenvolver essas terapêuticas livres de células e interromper a progressão da doença. "