Les vesícules extracel·lulars (VEs) són un conjunt heterogeni de vesícules, de mida nano-micromètrica, alliberades per gairebé totes les cèl·lules. Tenen un paper clau en diversos processos biològics, principalment en la comunicació intercel·lular, mitjançant el transport de proteïnes, lípids o àcids nucleics. Estan compostes per una bicapa lipídica, amb certs marcadors específics, i contenen càrregues moleculars diferents en funció del missatge que han de transmetre. Entre les seves propietats més destacades, les VEs són biocompatibles, presenten baixa immunogenicitat, poden travessar barreres fisiològiques i presenten capacitats d’adreçament intrínsec, entre altres característiques. Aquestes propietats han fet que les VEs siguin cada cop més reconegudes com a potencials sistemes d’alliberament de fàrmacs i material genètic en aplicacions terapèutiques.
Malgrat tot això, la seva utilització presenta encara moltes limitacions, com és la manca de protocols estandarditzats pel seu aïllament i caracterització, que comprometen la fiabilitat experimental. Les guies MISEV – Minimal Information for Studies of Extracellular Vesicles, que publica periòdicament la ISEV – International Society for Extracelular Vesicles, són l’única informació harmonitzada que existeix actualment per a l’estandardització de les propietats, aïllament, caracterització i estudi de la funcionalitat de les VEs.
La recerca sobre les condicions òptimes d’emmagatzematge de les VEs és també limitada, arriscant la seva estabilitat i limitant la possibilitat de la seva aplicació clínica. La càrrega eficient de material genètic continua sent un desafiament, amb poques investigacions sobre tècniques efectives, mentre que la informació confusa en la literatura impedeix encara més el seu progrés.
És necessari, per tant, abordar aquestes àrees científiques i desbloquejar el potencial de les VEs com a sistemes d’alliberament terapèutics, com ha dut a terme la Dra. Mònica Guarro a la seva tesi doctoral, realitzada amb l’objectiu d’avançar en el camp de recerca de les VEs. Sota el títol Explorant el potencial de les vesícules extracel·lulars com a sistemes biològics de lliurament d’ARNm, la tesi ha estat realitzada al Grup d’Enginyeria de Materials – GEMAT d’IQS, sota la direcció de la Dra. Cristina Fornaguera Puigvert i del Dr. Martí Lecina Veciana. La tesi s’ha focalitzat en avançar en el camp de la caracterització de les VEs, l’emmagatzematge i la seva aplicació com a sistemes naturals de lliurament de gens.
Explorant el potencial de les vesícules extracel·lulars
Així, en primer lloc, la Dra. Guarro va abordar la implementació d’un conjunt de tècniques que permetin la caracterització biofísica, bioquímica i funcional de les VEs, desenvolupant una nova plataforma de caracterització robusta, per tal d’identificar-les i assegurar les seves propietats biològiques, d’acord amb les recomanacions establertes a les guies MISEV.
Pel que fa al repte de l’emmagatzematge, en aquesta tesi es va desenvolupar un nou mètode de liofilització que permetés preservar en el temps les característiques biofísiques i bioquímiques de les VEs. Es va poder comprovar que les vesícules extracel·lulars liofilitzades amb aquesta tècnica poden conservar la seva distribució de mida, morfologia, puresa i funcionalitat, reforçant així el seu potencial com a producte clínic “llest per utilitzar” i facilitar les futures aplicacions clíniques.
Com a darrer objectiu, la Dra. Guarro va fer una primera exploració de diferents metodologies de càrrega exògena d’ARNm en VEs, un pas clau per poder crear i garantir un sistema eficient de lliurament basat en ARN. Es van comparar cinc mètodes comuns de càrrega d’ARNm: incubació, sonicació, congelació-descongelació, electroporació i extrusió. El mètode de congelació – descongelació va destacar com el més efectiu dels assajats pel que fa a l’eficiència de càrrega, observat per microscòpia de superresolució. Es van aconseguir resultats efectius i la proporció de VEs carregades aconseguida amb aquests mètodes proporciona una base prometedora per al desenvolupament continu d’aquesta tecnologia. Malgrat tot, també es van detectar discrepàncies en l’eficiència de càrrega i lliurament cel·lular entre els mètodes assajats, la qual cosa precisaria un aprofundiment dels estudis, per tal de millorar la funcionalitat de les vesícules extracel·lulars.
En definitiva, la tesi de la Dra. Mónica Guarro estableix metodologies essencials per avançar en la recerca de les VEs, amb tècniques rigoroses de caracterització, un protocol establert d’emmagatzematge i preservació adequat i una estratègica de càrrega d’ARNm efectiva, i així poder contribuir a apropar les VEs a futures aplicacions clíniques.
Part d’aquesta recerca ha estat realitzada en col·laboració amb el Dr. Lorenzo Albertazzi del grup Nanoscopy for Nanomedicine de l’Eindhoven University of Technology (TUe)
Publicacions relacionades
Mónica Guarro et al, Efficient extracellular vesicles freeze-dry method for direct formulations and use, 2022, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 218, 112745
Mónica Guarro, mRNA cancer vaccines based on monocytes extracellular vesicles exogenously loaded with antigen mRNA, conference ISEV2022 Annual meeting, Lyon, France.
Aquesta tesi s’ha dut a terme en el marc del projecte LUNGEVs de la convocatòria LLAVOR 2021 d’Ajuts d’Indústria del Coneixement d’AGAUR – Generalitat de Catalunya. Referència 2021 LLAV 00042.
COL·LABORADORS
