Syntetiska vesiklar banar väg för framtidens terapier

– Vårt mål är att skapa syntetiska vesiklar som kan användas för riktad läkemedelsleverans. Att kunna skicka mediciner till specifika platser i kroppen kan få stor betydelse för behandlingen av en rad olika sjukdomar, säger Maggie Holme, forskningsledare vid Chalmers.

Genom att integrera kunskap och tekniker från kemi, fysik och biologi, strävar Maggie Holme och hennes forskargrupp vid Chalmers tekniska högskola efter att överbrygga gapet mellan molekylstruktur, molekylarrangemeng och biologisk funktion. Gruppens syfte är att utifrån detta skapa innovativa terapeutiska strategier. I centrum för ett SSF-finansierat forskningsprojekt står extracellulära vesiklar, små blåsor som kan lagra och transportera olika ämnen och produceras av nästan alla celler i kroppen.
– Extracellulära vesiklar, EV, är helt biokompatibla och kan rikta sig mot olika typer av celler i kroppen. Vi vet redan en hel del om några av deras komponenter, men vi vet relativt lite om vilka lipider deras yttre membran består av och deras ordning, hur molekylerna är arrangerade. Det är här jag och mitt forskningsteam kommer in i bilden. Vi vill kunna tillverka extracellulära vesiklar i laboratoriet och då måste vi först identifiera deras sammansättning.
En av anledningarna till att extracellulära vesiklar i dagsläget inte används för att behandla sjukdomar är att det är väldigt svårt att samla in dem från kroppen och att skapa rena prover.
– Dessutom kan sammansättningen av EV från olika celler och olika personer variera kraftigt. Därför behöver vi förstå mer om vilka EV som fungerar bäst för olika tillämpningar innan vi producerar syntetiska EV och introducerar läkemedel i dem, vilket är vad vi siktar på, förklarar Maggie Holme.

Olika angreppssätt
För att hitta ”receptet” för extracellulära vesiklar, krävs flera olika tillvägagångssätt.
– För att studera de extracellulära vesiklarnas struktur använder vi olika röntgen- och neutronspridningstekniker. Detta kombinerar vi med olika tekniker i vårt labb på Chalmers som gör att vi kan studera sammansättningen av enskilda partiklar en efter en. Det är också viktigt att förstå hur partiklar beter sig i celler, vilket innebär att vi måste förstå biologin. Vi studerar därför utöver molekylsammansättningen också hur partiklar interagerar, och då är vi inne på kemi. Till detta läggs den medicinska kunskapen som krävs för att slutligen kunna använda syntetiska EV som bärare av olika läkemedel. Blandningen av olika expertkunskaper återspeglas i min forskargrupp där vi är en stor blandning av forskare med olika vetenskapliga bakgrunder, vilket är avsiktligt. Och det handlar inte bara om att samarbeta, blandningen av kompetenser gör att vi kan angripa problemet från alla möjliga vinklar samtidigt.
– Forskare har redan stor kunskap om vilka DNA, RNA och proteiner som är involverade i dessa extracellulära vesiklar, men vi vet nästan ingenting om deras lipidmembranstruktur, själva ramverket som håller samman vesiklarna. Viktigt i detta sammanhang är också att deras membran är asymmetriska. EV har olika lipider på insidan och utsidan och vi behöver ta reda på i vilken ordning de är arrangerade och varför.
Nästa utmaning för forskargruppen blir att kopiera det ”recept” de lyckas få fram.
– Vi vill kunna producera EV-kopior i labbet. De syntetiska kopiorna kan sedan användas för att transportera läkemedel till specifika platser i kroppen.

Göra nytta
För att studera dessa mycket små vesiklar krävs mycket stora instrument. För närvarande utförs experimenten vid ISIS Pulsed Neutron and Muon Source, en forskningsanläggning i Storbritannien som använder spallation för att generera neutroner för materialvetenskap och annan forskning.
– Vi ser fram emot att ESS i Lund tas i drift de närmsta åren. Den kommer att bli en av världens ledande forskningsanläggningar av sitt slag. Tillsammans med MAX IV, som redan är en av världens mest avancerade synkrotronljusanläggningar, kommer dessa plattformar ge forskare tillgång till en mängd olika experiment inom områden som materialvetenskap, biologi, kemi och fysik. Det är väldigt bra att vara nära båda dessa anläggningar.
Om allt går som Maggie Holme och hennes forskargrupp hoppas, kommer deras forskning att bidra till en djupare förståelse av hur lipider påverkar kroppen och vilken roll deras ordning i biologiska membran spelar i deras beteende.
– På lång sikt skulle jag vilja se att något av det vi utvecklar kan bidra till kliniska tillämpningar som hjälper människor. Det är vad det handlar om – att det vi gör i labbet ska komma till nytta, avslutar Maggie Holme.