دانشمندان موسسه تحقیقات پزشکی ماکس پلانک در آخن آلمان اگزوزوم های مصنوعی را مهندسی کرده‌اند که سیگنال دهی سلولی را در طول بسته شدن زخم تنظیم می‌کند. ساختارهای مصنوعی شبیه وزیکول‌های خارج سلولی طبیعی (EV) ساخته‌شده‌اند که نقش اساسی در ارتباط بین سلول‌ها در طی فرآیندهای مختلف در بدن ما دارند. این دانشمند مکانیسم‌های کلیدی را برای تنظیم و کمک به بهبود زخم و تشکیل رگ‌های خونی جدید کشف کرد. برای این کار، آن‌ها به‌جای جداسازی EV های طبیعی از سلول، وزیکول‌هایی کاملاً مصنوعی قابل‌برنامه‌ریزی را از ابتدا طراحی و ساختند.

یک ارتباط خوب بین سلول ها برای ارگانیسم‌های چند سلولی مانند خود ما ضروری است. تقریباً همه فرآیندهای بدن ما نیاز به تعامل هماهنگ بین سلول‌ها دارند، زیرا بافت‌ها و اندام‌ها را تشکیل می‌دهند یا مثلاً در طول پاسخ‌های ایمنی باهم کار می‌کنند. ترمیم زخم یا تشکیل رگ‌های خونی جدید نیز به سیگنال دهی گسترده سلولی برای اطمینان از بازسازی بافت هماهنگ نیاز دارد. برای این کار، سلول‌های پوست مکانیسم‌های مختلفی را برای برقراری ارتباط با یکدیگر اعمال می‌کنند. یکی از آن‌ها وزیکول‌های خارج سلولی (EVs) هستند. آن‌ها قطرات یا محفظه‌های کوچکی هستند که سلول‌ها می‌توانند با مولکول‌های مختلف بارگیری کنند و برای انتقال اطلاعات رها کنند. پس از اتصال به سلول‌های دیگر یا جذب توسط آن‌ها، آن‌ها این اطلاعات را آزاد می‌کنند. بااین‌حال، اطلاعات کمی در مورد مکانیسم‌ها و فرآیندهای سیگنال دهی پیچیده که در پشت ارتباطات وزیکول خارج سلولی کار می‌کنند، وجود دارد. این همچنین عامل محدودکننده اصلی برای کاربرد درمانی آن‌ها است.

در این پژوهش دانشمندان برای درک بهتر از خودروهای الکتریکی، یک رویکرد مهندسی معکوس در زیست‌شناسی را انتخاب کردند. آن‌ها در داخل لوله‌های آزمایش ، وزیکول‌های خارج سلولی کاملاً مصنوعی را طراحی و مونتاژ کردند تا دقیقاً الگوی طبیعی خود را در شکل و عملکرد تقلید کند. با این کار، آن‌ها ارزیابی بهتر و سیستماتیک‌تری از نقش وزیکول‌ها  در طول بهبود زخم و درک ارتباط و عملکرد تک‌تک اجزای داخل وزیکول می‌توانند داشته باشند.

برای نشان دادن عملکرد EV های مصنوعی در طول فرآیندهای بهبود زخم، محققان رفتاردرمانی پوست اهداکننده انسان را که در آزمایشگاه کشت داده‌شده بود، موردمطالعه قراردادند. هنگامی‌که زخم‌های این پوست‌ها را با اگزوزوم‌های مصنوعی درمان کردند، ‌توانستند بهبودی بسیار سریع‌تری را مشاهده کنند همچنین  زخم‌ها سریع‌تر بسته شدند. نتایج مشابهی هنگام آزمایش توانایی اگزوزوم های مصنوعی برای بهبود تشکیل رگ‌های خونی جدید مشاهده شد، فرآیند دیگری که در چندین زمینه درمانی مانند بازسازی بافت پس از جراحی و آسیب قلبی بسیار مرتبط است. با کاوش عمیق‌تر در مکانیسمی که در سلول‌های تحت درمان با EV های مصنوعی عمل می‌کند، دانشمندان توانستند مولکول‌های حیاتی را در EV ها تعیین کنند که مسئول ایجاد اثرات درمانی هستند. شناسایی اجزای کلیدی انتقال‌دهنده‌های سیگنال یک پیشرفت کلیدی است که در آینده ممکن است مهندسی وزیکول‌های قابل تنظیم باارزش درمانی را برای درمان بسیاری از بیماری‌ها مانند سرطان، اختلالات ایمنی یا بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی امکان‌پذیر کند. زیرا بیش از 20 سال است که اگزوزوم‌ها امیدهای زیادی را در زیست پزشکی ایجاد کرده‌اند. با در دست داشتن این فناوری جدید، اکنون می‌توانیم اگزوزوم‌ها را با خلوص بالا در مقیاس درمانی سنتز کنیم. این بر برخی از محدودیت‌های عمده که مانع استفاده از اگزوزوم‌ها برای درمان است غلبه کند و می‌توانند ما را به سمت استفاده از قدرت ارتباط وزیکول خارج سلولی سوق دهد.

مرجع:

Oskar Staufer et al, Bottom-up assembly of biomedical relevant fully synthetic extracellular vesicles, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abg6666