Nuestras células se comunican constantemente, y los científicos han desarrollado una forma eficiente de averiguar qué mensajes están enviando en maletas biológicas repletas de proteínas llamadas exosomas.

Estos exosomas esféricos, que residen en la membrana interna de una célula pero eventualmente se dirigirán hacia el interior de otra célula, transportan moléculas grandes como proteínas, un bloque de construcción básico en el cuerpo e impulsores de la actividad biológica, y ARN, que produce proteínas.

"Este es un proceso continuo", dice el Dr. Sang-Ho Kwon, biólogo celular en el Departamento de Biología Celular y Anatomía del Colegio Médico de Georgia en la Universidad de Augusta, y cada vez hay más pruebas de que ocurre tanto en estados de salud como enfermedad.

"Estamos tratando de resolver este rompecabezas de lo que hacen los exosomas en diferentes escenarios", dice Kwon. Es el autor correspondiente de un estudio en el Journal of Extracelular Vesicles que detalla una técnica de etiquetado que él y su equipo de investigación han desarrollado para analizar el contenido de los exosomas de cualquier tipo de célula específico para comprender mejor su papel en el bienestar y la enfermedad.

"Su contenido puede ayudarnos a decirnos lo que nuestras células se dicen unas a otras", dice Kwon, y probablemente brinde pistas tempranas de que nos estamos enfermando y nos ayude a comprender mejor cómo nos enfermamos.

Se cree que la carga se carga temprano en la formación de exosomas por sus endosomas precursores, cerca de la membrana celular, que funcionan de manera muy similar a llenar el camión de correo en la oficina de correos antes de que se dirija a su ruta. Los exosomas permanecerán allí hasta que la célula los libere para viajar a otras células.

Kwon y su equipo querían atrapar la carga al principio del proceso.

En este momento, la forma principal de estudiar el contenido de los exosomas es primero sacar los exosomas de contexto, para aislarlos, un proceso bastante laborioso que puede arrojar resultados inconsistentes. De hecho, puede aislar un tipo diferente de vesícula, básicamente compartimentos biológicos en nuestro cuerpo de los cuales los exosomas son solo un tipo.

El equipo de MCG ha desarrollado un método más eficiente que permite estudiar solo el contenido de los exosomas y estudiar dónde se encuentran.

Su sistema de etiquetado incluye una variante de APEX, o ascorbato peroxidasa, que se fusiona con otra proteína que se sabe que busca exosomas. "APEX es una especie de misil que me lleva adentro", dice Kwon. APEX tiene una gran afinidad por la biotina, una vitamina B, que se adhiere a las proteínas cercanas, como las que lleva el exosoma en desarrollo, las etiqueta y ayuda a identificarlas. La biotina también puede atravesar la membrana celular detrás de la cual se encuentran los exosomas. Una proteína más, la estreptavidina, que se une de forma natural a la biotina, les permite purificar e identificar claramente la carga proteica, así como el ARN que producirá futuras proteínas, con la ayuda del análisis proporcionado por la espectrometría de masas.

El enfoque de Kwon es la lesión renal y han utilizado su sistema para demostrar que el estrés oxidativo, un subproducto del uso de oxígeno, que es excesivo y destructivo en estados patológicos, cambia el contenido de carga de los exosomas producidos por las células renales y que se encuentran en la orina. . Por ejemplo, los niveles de expresión de algunas proteínas cambiaron y algunas proteínas incluso desaparecieron.

Their technique should ease development of databases of the usual content of a variety of different cell types that will enable comparative studies of what happens to their content in different disease states like the kidney injuries Kwon studies, or cancer.

"It turns out that by looking at the exosomes in the urine or blood, and by looking at what is inside, we can tell whether the cell is injured or a healthy cell," he says.

Their first use of the labeling system was in live kidney cells in culture. They now want to use it in an animal model of kidney disease.

The scientific team says the labeling system additionally can help trace how exosome content changes over time and potentially how cells are responding to treatment in the case of disease.

Exosomes are known to play a key role in cell communication, both between cells of the same type and with other types. Again, there is increasing evidence of the role exosomes play in disease, including sharing with other cells the news that they are sick and potentially even helping spread disease. "It's not just passing good news. it also passes bad news," Kwon says.

He notes their cargo no doubt varies in those diverse scenarios, an important reason to be able to detect what exosomes are carrying. Changes may ultimately serve as good way to monitor response to treatment, another aspect of exosome research that is "exploding," Kwon says. Scientists also are exploring the potential of using exosomes to actually deliver treatment, by filling these biological packages with medication that can be delivered directly to the desired location.

In fact, immune cells, which are pivotal in health and disease, also are releasing exosomes. These biological compartments also appear to play an important role in taking cellular debris and other trash out of the cells.

"It's an emerging field, right now," says Kwon. Proteins are the primary occupant because they can send signals, but they can also bind to other proteins and change their function, he says. RNA can do the same, and tiny microRNA can alter gene expression and consequently cell function.

Kwon's interest in exosomes was sealed when, as a postdoc at the University of California San Francisco, he grew kidney tubules, which return vital nutrients to the blood and eliminate undesirables in the urine, in a dish and found evidence that exosomes were playing a key role in the changing gene dynamics there.

He calls the focus on exosomes "reverse science," with most people looking at how the cell changes while he and a growing number of colleagues are looking at the packages the cell is sending out to understand what the cell is up to. While it may not seem like it to most people, he says it's actually a less complex way to approach cell activity because you are looking at a smaller package with far fewer proteins. + Explora más

Cells' 'exosomes' may improve the delivery of anticancer drugs to tumors