Esosomiale bioingegnerizzato

Aug 25, 2023

Volume 10 della ricerca medica militare, numero articolo: 19 (2023) Citare questo articolo

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Recentemente è stata sviluppata una strategia bio-ispirata per mimetizzare i nanovettori con biomembrane, come membrane cellulari naturali o membrane derivate dalla struttura subcellulare. Questa strategia conferisce ai nanomateriali ammantati proprietà interfacciali migliorate, targeting cellulare superiore, potenziale di evasione immunitaria e durata prolungata della circolazione sistemica. Qui, riassumiamo i recenti progressi nella produzione e nell'applicazione di nanomateriali rivestiti con membrana esosomiale. Vengono innanzitutto esaminate la struttura, le proprietà e il modo in cui gli esosomi comunicano con le cellule. Segue una discussione sui tipi di esosomi e sui loro metodi di fabbricazione. Discuteremo quindi le applicazioni degli esosomi biomimetici e dei nanovettori ricoperti di membrana nell'ingegneria dei tessuti, nella medicina rigenerativa, nell'imaging e nel trattamento delle malattie neurodegenerative. Infine, valutiamo le attuali sfide associate alla traduzione clinica di nanoveicoli biomimetici ingegnerizzati con membrana esosomiale e valutiamo il futuro di questa tecnologia.

I nanomateriali hanno il potenziale per essere utilizzati per diagnosticare e trattare varie malattie umane grazie alla loro capacità unica di fornire molecole bioattive terapeutiche ai siti bersaglio [1,2,3,4]. Le strategie di trattamento che utilizzano nanomateriali hanno dimostrato una migliore efficacia e sicurezza rispetto alle terapie convenzionali [5,6,7,8,9]. Nonostante le numerose potenziali applicazioni delle nanoparticelle (NP) in medicina, il loro uso clinico è limitato a causa della loro scarsa biocompatibilità e incapacità di attraversare le barriere biologiche. A causa della loro natura estranea, i nanomateriali abiotici vengono rapidamente eliminati dal sistema dei fagociti mononucleari del corpo, determinando una breve durata della circolazione sistemica e una ridotta efficacia di distribuzione ai siti bersaglio [10].

Per aggirare questi ostacoli, studi recenti si sono concentrati sul camuffamento delle NP abiotiche con membrane cellulari biologiche, come quelle dei globuli rossi [11], dei globuli bianchi [12], delle piastrine [13], delle cellule staminali [14] o delle cellule tumorali. [15], per migliorare le interazioni in vivo e la biofunzionalità. Ciò comporta la funzionalizzazione della superficie delle NP con una membrana cellulare tramite approcci top-down [12, 16]. Questo promettente approccio di imitazione cellulare consente alle NP di acquisire le proprietà biologiche intrinseche delle membrane cellulari progenitrici. Coprendo le NP con una membrana cellulare naturale, il profilo antigenico e le proprietà interfacciali della cellula progenitrice possono essere fedelmente preservati e trasferiti alle NP abiotiche [4, 17].

Un’altra varietà di tecnologie biomimetiche e ispirate alla natura utilizza membrane di strutture subcellulari. Recentemente, le membrane esosomiali hanno suscitato un notevole interesse per l'uso come rivestimenti di nanomateriali [18, 19]. Gli esosomi sono prodotti dalle cellule e hanno dimensioni nanometriche ottimali. Le membrane degli esosomi sono più biomimetiche delle membrane sintetiche quando vengono utilizzate per rivestire le NP. L'estrazione della membrana dagli esosomi non richiede tecniche aggressive come l'estrusione o la sonicazione, che vengono spesso impiegate per l'estrazione della membrana cellulare e la derivazione di nanovescicole. Gli esosomi sono eccellenti messaggeri intercellulari ottimizzati per la comunicazione e l'interazione intercellulare [20, 21]. Per questi motivi, il rivestimento delle NP con le membrane degli esosomi secreti naturalmente offre molti vantaggi rispetto all’uso delle membrane cellulari naturali. Questi vantaggi includono il targeting intrinseco, l’assorbimento specifico delle cellule, la circolazione sistemica prolungata, una maggiore biocompatibilità, stabilità ed evasione immunitaria. Le NP rivestite con membrana esosomiale hanno dimostrato risultati entusiasmanti, migliorando l'efficacia terapeutica e riducendo la tossicità fuori bersaglio nei tessuti sani (Fig. 1) [18, 19, 21].

I nanosistemi rivestiti con membrana esosomiale sono strumenti nanotecnologici promettenti per applicazioni biomediche. Rappresentazione dei benefici biologici dei nanosistemi rivestiti con membrana esosomale, comprese le caratteristiche intrinseche di targeting dei tessuti e di accumulo tessuto-specifico, circolazione sanguigna prolungata e maggiore biocompatibilità, stabilità e capacità di evasione immunitaria, nonché le loro applicazioni in contesti biomedici