Für die Nanomedizin ist Zell-Sex wichtig

Anonim

Wichtige biologische Unterschiede zwischen Männern und Frauen bestehen - bis auf zellulärer Ebene. Forscher vom Brigham and Women's Hospital und Kollegen von der Stanford University, der McGill University und der University of California in Berkeley wollten herausfinden, ob Unterschiede zwischen männlichen und weiblichen Zellen die Aufnahme von Nanopartikeln durch Zellen beeinflussen können - ein Schlüsselinstrument für bildgebende und zielgerichtete Anwendungen. Das Team zeigte, dass Zellgeschlecht die zelluläre Aufnahme von Nanopartikeln wesentlich beeinflusst und dass Zellen von Männern und Frauen unterschiedlich auf Reprogrammierungstechniken reagierten, die verwendet wurden, um die Fähigkeit der Zellen zu erhöhen, sich in eine größere Vielfalt von Zelltypen zu differenzieren. Ihre Ergebnisse, die diese Woche in ACS Nano veröffentlicht wurden, könnten Forschern helfen, sicher und effektiv Nanomedizin zu produzieren, die Sex in Betracht ziehen.

"Trotz großer Anstrengungen auf dem Gebiet der Nanomedizin sind weniger Nanopartikeltechnologien als erwartet in die klinische Erprobung eingetreten. Der Grund für diese große Kluft zwischen den Bemühungen und der erfolgreichen klinischen Übersetzung liegt, zumindest teilweise, in der Existenz einiger übersehener Faktoren an der Nanobio-Schnittstelle. " sagte Co-korrespondierender Autor Morteza Mahmoudi, PhD, ein Ausbilder im Zentrum für Nanomedizin und Abteilung für Anästhesiologie am BWH. "In den vergangenen zehn Jahren war das zentrale Ziel meiner Forschung darauf ausgerichtet, an den Nanobio-Grenzflächen übersehene Faktoren zu finden und einzuführen, um diese Lücke zwischen Labor und Klinik zu minimieren, die einen Weg zur erfolgreichen klinischen Translation von Nanopartikeln ebnen könnte Reaktionen der männlichen und weiblichen Zellen auf die genau gleiche Art und Konzentration von Nanopartikeln ist der neueste übersehene Faktor, den wir gefunden haben. "

Mahmoudi und seine Kollegen identifizierten bereits mehrere andere übersehene biologische Faktoren, die zu Diskrepanzen zwischen den Ergebnissen im Labor und in der Klinik beitragen, einschließlich der Bedeutung personalisierter Medizin an den Nanobio-Grenzflächen, Zelltyp, Zellform und Inkubationstemperatur. Um zu verstehen, ob Zellgeschlecht ein weiterer wichtiger Einflussfaktor für das Outcome sein könnte, inkubierte das Team Nanopartikel mit humanen amniotischen Stammzellen (hAMSCs), die aus der am männlichen und weiblichen Feten anhaftenden Fruchtblase extrahiert wurden. Sie fanden heraus, dass weibliche Zellen eine signifikant höhere Aufnahme von Nanopartikeln hatten als männliche Zellen.

Im Körper sind Zellen in einer Vielzahl von Biomolekülen überschwemmt, einschließlich parakriner Faktoren, die kleine Proteine ​​sind, die mit der Oberfläche von Nanopartikeln interagieren können. Das Team fand heraus, dass parakrine Faktoren zwischen männlichen und weiblichen Zellen variierten: Von den 63 gemessenen parakrinen Faktoren zeigten 14 große Unterschiede. Diese Unterschiede können die biologische Identität von Nanopartikeln beeinflussen und somit ihre Wechselwirkung mit den Zellen verändern. Neben der Variation der parakrinen Faktoren zwischen männlichen und weiblichen Zellen fand das Team auch wichtige Unterschiede in der Organisation, Verteilung und Morphologie von Aktinfilamenten bei männlichen und weiblichen hAMSCs. Diese Filamente wirken wie winzige Ranken, die sich um Partikel wickeln und sie verschlingen.

"Diese Unterschiede könnten sich kritisch auf die Verabreichung von Nanopartikeln auswirken", sagte Mahmoudi. "Wenn Nanopartikel ein Medikament zur Abgabe bringen, könnte eine unterschiedliche Aufnahme unterschiedliche therapeutische Wirksamkeit und andere wichtige Unterschiede, wie Sicherheit, in klinischen Daten bedeuten."

hAMSCs können mit einem Sendai-Virus in einen noch robusteren Stammzellen-Zustand versetzt werden, um Schlüsselfaktoren für den Zellkern zu liefern. Diese Reprogrammierungstechnik ist in der Stammzellbiologie recht verbreitet - aber das Forscherteam fand heraus, dass selbst dieser Ansatz von Unterschieden zwischen männlichen und weiblichen Zellen beeinflusst wird, wobei weibliche Zellen mit einer neunfach höheren Rate reagieren als männliche Zellen.

Das Team testete auch die Nanopartikelabsorption für andere Arten von menschlichen Zellen, einschließlich Fibroblasten von Spendern älteren Alters und fand signifikante Unterschiede. Interessanterweise stellte das Team fest, dass männliche Fibroblastenzellen höhere Aufnahmewerte aufwiesen als weibliche Fibroblastenzellen. Sie sahen auch Unterschiede in der Form der Mitochondrien der Zellen und der Struktur des endoplasmatischen Retikulums neben anderen Unterschieden.

"Was wir sehen, ist, dass der Zelltyp ebenfalls kritisch sein wird. Wenn wir versuchen, ein chemotherapeutisches Medikament zu verabreichen, können der Zelltyp, auf den wir zielen, sowie das Geschlecht des Patienten beeinflussen, wie gut das Medikament verabreicht wird und absorbiert ", sagte Mahmoudi. "Weitere Untersuchungen zu einer größeren Vielfalt von Zelltypen und deren intrazellulären Unterschieden sind notwendig, um detailliertere Informationen über die physikochemischen und mechanischen Unterschiede zwischen männlichen und weiblichen Zellen zu erhalten. Wir hoffen, dass unsere Arbeit dem Nanobio-Bereich hilft, einige der Zelltypen zu verstehen und zu überwinden Schlüsselherausforderungen bei der Medikamentenverabreichung, die letztendlich bessere Therapien für Patienten in einer sichereren und hochwirksamen geschlechtsspezifischen Weise bietet. "

BWH hat eine lange Geschichte und Engagement, um zu verstehen, wie sich Gesundheit und Krankheit nach Geschlecht unterscheiden. Insbesondere entwickeln Forscher des Connors Center for Women's Health und Gender Biology in der klinischen Medizin geschlechtsspezifische Behandlungs- und Präventionsstrategien zur Gesundheitsförderung der BWH.

"Es ist wichtig für uns zu erkennen und besser zu verstehen, wie die molekularen und zellulären Unterschiede in Männern und Frauen so viele Aspekte der menschlichen Gesundheit zugrunde liegen", sagte Hadine Joffe, MD, MSc, Executive Director des Mary Horrigan Connors Center für Frauengesundheit & Gender-Biologie. "Durch diese Studie tragen Morteza Mahmoudi und seine Kollegen dazu bei, dieses unterschätzte Phänomen zu beleuchten, und ihre Arbeit erweitert das Engagement von Brigham, Entdeckungen über geschlechtsspezifische Unterschiede anzuwenden, um die Gesundheitsversorgung zu verbessern."

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