- Możemy stworzyć trójwymiarowe struktury, używając minimalnie inwazyjnego systemu dostarczania, w celu wzbogacenia i pobudzenia aktywności komórek immunologicznych gospodarza, które w warunkach in vivo lokalizują i atakują szkodliwe dla organizmu komórki – wyjaśnia w komunikacie prasowym dr David Mooney ze School of Engineering and Applied Sciences w Harvardzie.

Biodegradowalne struktury krzemionkowe, kształtem przypominające pałeczki bakterii, znane jako MSR (mesoporous silica rods – ang.), mogą być „wyposażone” w biologiczne lub chemiczne składniki leków i za pomocą igły wstrzyknięte pod skórę. Pałeczki spontanicznie tworzą w miejscu zastrzyku trójwymiarowy szkielet. Wolne przestrzenie w tej stercie pałeczek wypełniają się komórkami dendrytycznymi, które wywołują odpowiedź immunologiczną. Już wcześniej stosowano mezoporowate nanocząsteczki krzemionki aby manipulować indywidualnymi komórkami, ale pierwszy raz osiągnięto taki efekt przy użyciu większych cząsteczek, rzędu mikronów. Kiedy komórki dendrytyczne zostaną „zwerbowane” do rusztowania 3D, zawarty w nim lek jest uwalniany, co pobudza odpowiedź immunologiczną. Aktywowane w ten sposób dendryty „podnoszą alarm” w węzłach chłonnych i kierują układ immunologiczny do atakowania np. komórek rakowych. Dodatkowo, podnosi się także ogólnoustrojowy poziom limfocytów T, przeciwciał w surowicy i komórek cytotoksycznych. W miejscu zastrzyku, MSR ulegają biodegradacji i rozpuszczają się w ciągu kilku miesięcy.

Mezoporowate pałeczki krzemionki MSR spontanicznie tworzą porowate rusztowanie 3D. Ma ono wiele zakamarków i jest wystarczająco duże, aby pomieścić dziesiątki milionów komórek odpornościowych. Źródło: Wyss Institute na Uniwersytecie Harvarda	Obraz mikroskopowy wykazuje wiele komórek dendrytycznych układu odpornościowego, które zostały pobrane od szkieletu 3D trzy dni po wstrzyknięciu in vivo. Rusztowanie 3D skutecznie rekrutuje i aktywuje komórki dendrytyczne do wywołania odpowiedzi immunologicznej przeciw określonym komórkom, takim jak komórki rakowe. Źródło: Wyss Institute na Uniwersytecie Harvarda

Dotychczas szczepionki 3D testowano tylko u myszy, ale stwierdzono, że ta metoda jest wysoce skuteczna. Preparaty można łatwo i szybko wykonać, aby były powszechnie dostępne. Mogą one być także stosowane profilaktycznie, w celu budowania odporności przed zakażeniem.

Cząsteczki MSR wielkości mikrona wytworzono poprzez reakcję zol-żel, w obecności specjalnego kopolimeru blokowego – tłumaczy portalowi Biotechnologia.pl Katherine J. McAlpine z Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering. - Ze względu na dużą objętość i powierzchnię porów, krzemionki mezoporowate są intensywnie analizowane pod kątem kontrolowanego uwalniania leków. Na ogół, bezpostaciowa krzemionka syntetyczna charakteryzuje się dobrą biokompatybilnością i służy jako wszechstronna platforma do zastosowań klinicznych.

W nanoporach cząsteczek MSR mogą znaleźć się specjalne cytokiny, oligonukleotydy, duże antygeny białkowe lub każdy rodzaj leku, w zależności od potrzeby i rodzaju infekcji. Jak dotąd, praca naukowców będzie skupiać się na rozwoju szczepionki nowotworowej. Jednak w przyszłości mają nadzieję tak zmodyfikować właściwości powierzchniowe i wielkość porów cząsteczek MSR, aby kontrolować wprowadzenie i uwalnianie białek i leków różnego rodzaju i leczyć także inne choroby.

Wyniki pracy naukowców z Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering w Harvardzie  oraz Harvard School of Engineering and Applied Sciences opublikowano w czasopiśmie Nature Biotechnology.

Aleksandra Kowalczyk