Technion (Israel): “Nano-Taxis” Shuttle Therapeutics to Neurons // “Nano-Taxis” bringen Therapeutika zu Neuronen

“Israel Institute of Technology Assistant Professor Assaf Zinger and Dr. Caroline Cvetkovic from the Center for Neuroregeneration at the Houston Methodist Research Institute have created a novel means of delivering medicine to neurons in a targeted manner. They developed biomimetic nano-vesicles, or nature-mimicking, nanometer-scale “vehicles,” capable of specifically targeting neurons (i.e., nerve) cells. This tool paves the way for the treatment of multiple neurodegenerative diseases and traumatic brain injuries. Their findings were recently published in Advanced Science.

Drug delivery is a major challenge that must be overcome in drug development, and it is one of the focus areas of the Wolfson Faculty of Chemical Engineering at the Technion. It is not enough that a substance can lead to the desired therapeutic effect in a specific cell. This therapeutic substance must also reach these cells without being changed or destroyed en route, and it must not end up in other organs if it might cause harm there. (…)

The targeting of these nano-vesicles is achieved by incorporating specific cell membrane-derived proteins on their surface, thus letting them be recognized and taken in by the correct cells. These specific proteins that cover the surface of these nano-vesicles are naturally used by the body to identify its cells and this is what biomimicry is all about. In essence, the nano vesicles (or taxis) masquerade as neurons, resulting in their being recognized and welcomed by other neurons, thereby making it possible for them to deliver their therapeutic cargo. (…)

These findings have broad implications. More than one neurodegenerative disorder might be treated if the correct medicine or genetic cargo (e.g., mRNA, SiRNA, miRNA) could be delivered to the brain. But these are not the only possible applications.

“With this, we can also potentially revolutionize the treatment of traumatic brain injuries,” Prof. Zinger explained. “In the case of a car accident and or a sports injury, as examples, the brain is first damaged by the impact, as it is struck against the skull. As a result, multiple brain cells are damaged. This starts a process of inflammation. If we could immediately deliver anti-inflammatory drugs to the brain, we could reduce the inflammatory processes, and hopefully prevent fatalities and long-term disabilities.”

Deutsche Version

“Assaf Zinger, Assistenzprofessor am Israel Institute of Technology, und Dr. Caroline Cvetkovic vom Zentrum für Neuroregeneration am Houston Methodist Research Institute haben ein neuartiges Verfahren entwickelt, um Neuronen gezielt mit Medikamenten zu versorgen. Sie entwickelten biomimetische Nano-Vesikel oder der Natur nachempfundene, nanometergroße “Vehikel”, die gezielt Neuronen (d. h. Nervenzellen) ansteuern können. Dieses Instrument ebnet den Weg für die Behandlung zahlreicher neurodegenerativer Krankheiten und traumatischer Hirnverletzungen. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift Advanced Science veröffentlicht.

Die Verabreichung von Arzneimitteln ist eine große Herausforderung, die es bei der Arzneimittelentwicklung zu bewältigen gilt, und sie ist einer der Schwerpunkte der Wolfson-Fakultät für Chemieingenieurwesen am Technion. Es reicht nicht aus, dass eine Substanz in einer bestimmten Zelle die gewünschte therapeutische Wirkung entfalten kann. Diese therapeutische Substanz muss diese Zellen auch erreichen, ohne auf dem Weg dorthin verändert oder zerstört zu werden, und sie darf nicht in andere Organe gelangen, wenn sie dort Schaden anrichten könnte. (…)

Das Targeting dieser Nano-Vesikel wird dadurch erreicht, dass spezifische Proteine aus der Zellmembran auf ihrer Oberfläche eingearbeitet werden, so dass sie von den richtigen Zellen erkannt und aufgenommen werden können. Diese spezifischen Proteine, die die Oberfläche der Nano-Vesikel bedecken, werden vom Körper auf natürliche Weise verwendet, um seine Zellen zu identifizieren, und genau darum geht es bei der Biomimikry. Im Wesentlichen geben sich die Nano-Vesikel (oder Taxis) als Neuronen aus, was dazu führt, dass sie von anderen Neuronen erkannt und aufgenommen werden, so dass sie ihre therapeutische Ladung abgeben können. (…)

Diese Erkenntnisse haben weitreichende Auswirkungen. Mehr als eine neurodegenerative Erkrankung könnte behandelt werden, wenn das richtige Medikament oder die richtige genetische Fracht (z. B. mRNA, SiRNA, miRNA) ins Gehirn gebracht werden könnte. Aber das sind nicht die einzigen möglichen Anwendungen.

“Damit können wir auch die Behandlung von traumatischen Hirnverletzungen revolutionieren”, erklärt Prof. Zinger. “Bei einem Autounfall oder einer Sportverletzung beispielsweise wird das Gehirn zunächst durch den Aufprall geschädigt, indem es gegen den Schädel geschlagen wird. In der Folge werden mehrere Gehirnzellen geschädigt. Dies setzt einen Entzündungsprozess in Gang. Wenn wir dem Gehirn sofort entzündungshemmende Medikamente zuführen könnten, könnten wir die Entzündungsprozesse reduzieren und hoffentlich Todesfälle und langfristige Behinderungen verhindern.”

Sender/Source: Technion (selected, adopted/shortened and final translation into German by Glocalist)

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