Formazione di nanofibre come tecnologia promettente per la conservazione e il facile stoccaggio delle vescicole extracellulari

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 22012 (2022) Citare questo articolo

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Le vescicole extracellulari (EV) sono particelle derivate dalle cellule, racchiuse in una membrana, con il potenziale per un'ampia gamma di future applicazioni terapeutiche. Tuttavia, gli EV sono stati quasi sempre somministrati tramite iniezione diretta, probabilmente ostacolandone l’efficacia a causa della rapida eliminazione dal sito di iniezione. Il presente studio mirava a incorporare vescicole extracellulari di medie dimensioni (mEV) in nanofibre elettrofilate a base di polivinilpirrolidone a rapida dissoluzione per esplorare la relazione struttura-attività dipendente dallo stoccaggio delle formulazioni nanofibrose risultanti. Per il processo di elettrofilatura sono state selezionate soluzioni acquose di precursori a base di polivinilpirrolidone. La presenza di veicoli elettrici nei campioni elettrofilati è stata confermata mediante microscopia elettronica a trasmissione, citometria a flusso e microscopio confocale a scansione laser. I risultati indicano che la struttura fibrosa dei campioni è stata preservata fino alla fine del periodo di conservazione di 12 settimane. Inoltre, indipendentemente dalla temperatura di conservazione (4 °C o temperatura ambiente), le nanofibre e i veicoli elettrici associati alle nanofibre erano presenti durante tutto il periodo sperimentale. Incorporare i veicoli elettrici in una base polimerica solida e stabile potrebbe preservarne la stabilità; nel frattempo, a seconda delle caratteristiche del polimero, si può ottenere un loro rilascio mirato e controllato.

Le vescicole extracellulari (EV) sono piccole vescicole delimitate da un doppio strato lipidico che differiscono per dimensioni e biogenesi, vengono rilasciate naturalmente da corpi multivescicolari/anfisomi o dalla membrana plasmatica e quindi entrano nei fluidi corporei1. Oltre al loro ruolo fisiologico nell'omeostasi cellulare, nella comunicazione intercellulare e nella risposta immunitaria come trasportatori naturali biocompatibili di sostanze bioattive, l'interesse recente si è rivolto al loro utilizzo come mezzo di somministrazione di farmaci2,3. Gli EV possono consentire l'efficiente internalizzazione dei farmaci incapsulati in vescicole4,5. Gli EV possono essere assorbiti dalle cellule riceventi, il che ne consente l'applicazione sia come terapia primaria che come veicolo di somministrazione di farmaci.

Gli EV derivati ​​da cellule staminali mesenchimali (MSC-EV) hanno mostrato un potenziale promettente nella rigenerazione dei tessuti. Tuttavia, il loro potenziale terapeutico è limitato dalla loro rapida deplezione e dalla breve emivita6. Sono stati descritti vari approcci per l'incorporazione esogena di farmaci in EV isolati, che vanno dalla semplice incubazione, molecole lipofile o tecniche di caricamento attivo di composti idrofobici, come congelamento-scongelamento ripetuto e permeabilizzazione con saponina, estrusione, ultrasuoni ed elettroporazione7. Le molecole incapsulate negli EV possono essere sostanze biologiche funzionalmente attive, tra cui proteine, mRNA e miRNA, in grado di trasmettere segnali alle cellule bersaglio circostanti e agli organi distanti attraverso i vasi sanguigni e linfatici8. La complessità strutturale dei prodotti biologici può anche porre ulteriori sfide in termini di formulazione e consegna, soprattutto per quanto riguarda la stabilità. Per raggiungere il tessuto bersaglio, l'EV può essere somministrato attraverso diverse vie, come endovenosa, intraperitoneale, orale, intranasale e sottocutanea. Tuttavia, gli EV sono stati quasi sempre somministrati tramite iniezioni dirette, il che probabilmente ne inibisce l’efficacia a causa del rapido efflusso dal sito di iniezione9. Per ridurre al minimo l’azione tossica degli EV negli organi non bersaglio e per massimizzare gli effetti terapeutici previsti, gli EV isolati dovrebbero essere incorporati in biomateriali in grado di controllarne il rilascio.

Gli EV possono essere separati dal mezzo condizionato delle colture cellulari. Per quanto riguarda la conservazione del mezzo condizionato, la Società Internazionale per le Vescicole Extracellulari raccomanda (MISEV2018) la conservazione degli EV in soluzione salina tamponata con fosfato a -80 °C in recipienti siliconizzati per prevenire l'adesione degli EV alle superfici10 a -80 °C.

Recentemente, PBS contenente HEPES, albumina sierica umana e trealosio11. Tuttavia, l’utilizzo di questa condizione di conservazione può essere limitato dai costi e dai problemi di trasporto.