Hipoteza naukowa

Ostatnie postępy w badaniach nad biologią pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (EV) wykazały ich wyjątkową rolę w komunikacji międzykomórkowej, w tym w procesach regulacji immunologicznej. Niedawno nasi naukowcy odkryli u myszy unikalną kaskadę sygnalizacyjną, w której pośredniczą EV. Kaskada ta obejmuje regulatorowe limfocyty T, makrofagi prezentujące antygen i ukierunkowane efektorowe limfocyty T, które są tłumione przez miRNA-150 pochodzące z EV. EV regulujące układ odpornościowy pochodzące z makrofagów pobudzonych albuminą jaja kurzego wykazywały ekspresję MHC klasy II. Założono zatem, że mogą wiązać przeciwciała IgG specyficzne dla albuminy jaja kurzego. Testowanie tego założenia wykazało, że inkubacja EV ze specyficznymi przeciwciałami IgG wzmocniła ich aktywność terapeutyczną in vivo w nadwrażliwości typu opóźnionego wywołanej przez albuminę jaja kurzego (badania na myszach). Następnie, po udowodnieniu, że przeciwciała przeciwko albuminie jaja kurzego-323 wiążą się z EV makrofagów prezentujących MHC klasy II, nasi naukowcy postawili hipotezę, że przeciwciała IgG specyficzne względem antygenu mogą agregować EV prezentujące MHC w celu zwiększenia ich aktywności. Hipoteza ta została następnie zweryfikowana, a agregacja EV znacząco poprawiła aktywność terapeutyczną in vivo i in vitro. Agregacja EV prezentujące MHC klasy II z przeciwciałami swoistymi dla antygenu znacząco zwiększa ich selektywność celowania i aktywność biologiczną in vitro i in vivo (98% zahamowanie objawów), w porównaniu z analogicznymi, ale niezagregowanymi EV (50% zahamowanie objawów) .

Obszar terapeutyczny

Aktywność terapeutyczna EV jest obecnie przedmiotem intensywnych badań w kontekście regulacji odporności, dostarczania leków i medycyny regeneracyjnej. Zgodnie z naszymi danymi, zakładamy, że agregacja EV prezentujących MHC klasy II z przeciwciałami specyficznymi dla antygenu znacznie zwiększyłaby ich potencjał terapeutyczny poprzez zwiększenie zarówno swoistości celowania w komórki, ilości EV, które są skierowane do jednej komórki w tym samym czasie, jak również przez wydłużenie ich okresu półtrwania w ustroju. W związku z tym, zgodnie z naszymi wstępnymi obserwacjami, proponujemy następujące obszary terapeutycznego wykorzystania zagregowanych EV:

1. Alergologia i immunologia kliniczna (aktywacja antygenowo swoistej tolerancji immunologicznej w alergiach i chorobach autoimmunologicznych oraz łagodzenie ich objawów za pomocą EV agregowanych z przeciwciałami swoistymi dla danego alergenu lub autoantygenu);

2. Onkologia (zastosowanie zagregowanych EV z komórek dendrytycznych stymulowanych antygenem nowotworowym jako szczepionek przeciwnowotworowych);

3. Medycyna regeneracyjna (wykorzystanie zagregowanych EV pochodzących z komórek macierzystych w próbach wywołania procesów regeneracyjnych w tkankach, w tym w uszkodzonym rdzeniu kręgowym);

4. Terapie genowe (wykorzystanie zagregowanych EV jako nośnika do ukierunkowanego celowania w komórki);

Scientific hypothesis

Recent advances in studies on the biology of extracellular vesicles (EVs) demonstrated their exceptional role in intercellular communication, including immune regulation processes. Recently, our scientist have discovered in mice a unique EV-mediated signalling cascade that involves suppressor T cells, antigen-presenting macrophages, and targeted effector T lymphocytes that become suppressed by EV-derived miRNA-150. Immune regulatory EVs derived by ovalbumin-primed macrophages expressed MHC class II. Thus, it was assumed that they may bind ovalbumin-specific IgG antibodies. Testing of this assumption showed that incubation of EVs with specific IgG antibodies enhanced their in vivo therapeutic activity in mouse ovalbumin-induced delayed-type hypersensitivity. Thus next, after proving that anti-ovalbumin-323 antibodies bind to MHC class II-expressing macrophage EVs, our scientist hypothesized that antigen-specific IgGs may aggregate MHC-expressing EVs to enhance their activity. This hypothesis was then validated, and EV aggregation significantly improved the in vivo and in vitro therapeutic activity of MHC class II-expressing EVs. Aggregation of MHC class II-expressing EVs with antigen-specific antibodies significantly enhances their targeting selectivity and biological activity in vitro and in vivo (98% inhibition of symptoms), in comparison to analogous but non-aggregated EVs (50% inhibition of symptoms).

Therapeutic area

Therapeutic activity of EVs is currently a topic of intense research, in the context of immune regulation, drug delivery, and regenerative medicine. According to our data, we assume that aggregation of MHC class II-expressing EVs with antigen-specific antibodies would greatly enhance their therapeutic potential by increasing both the specificity of cell targeting, and the amount of EVs that targets one cell at the same time, as well as by prolonging their half-life in biological fluids. Thus, according to our initial observations, we propose the following areas for therapeutic use of aggregated EVs:

1. Allergology and clinical immunology (activation of antigen-specific immune tolerance in allergies and autoimmune disorders, and alleviation of their symptoms with the use of EVs aggregated with allergen- or self-antigen-specific antibodies);

2. Oncology (the use of aggregated EVs from tumor antigen-pulsed dendritic cells as anti-tumor vaccines);

3. Regenerative medicine (the use of stem cell-derived aggregated EVs in attempts to induce the regenerative processes in tissues, including injured spinal cord);

4 Gene-based therapies (the use of aggregated EVs as a vehicle for direct cell targeting).