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外泌体将成新一代药物递送载体明星?

发布时间:2022-10-27   点击次数:2110

药物要想高效、靶向地抵达患处,递送载体不可或缺。目前,AAV、脂基纳米颗粒(如脂质体)、聚合物等已作为载体应用于药物的递送。外泌体则为另外一个种子选手。

外泌体由天然的人类蛋白质和脂质组成,无毒性和非免疫原性,是外泌体作为药物递送载体最大的优势。

外泌体(Exosome)是一种直径为30-150nm的纳米级脂质包裹体结构,内部包裹了蛋白、mRNA和microRNA等物质。来源于不同组织的外泌体不仅具有其特异性蛋白分子,而且还包含其行使功能的关键分子。外泌体由细胞分泌释放出来,在血液等体液内传播,最后又可被其他细胞吞噬,是细胞间通讯的重要介质。


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在体外培养条件下,造血细胞、神经细胞、脂肪细胞、肿瘤细胞等所有真核细胞均可分泌外泌体;在体内环境中,在血液、脑脊液、唾液、尿液等所有体液中都可分离得到外泌体。

外泌体可携带多种信号分子,包括蛋白质、mRNA和非编码RNA,尤其引人注目的是miRNA,其携带的分子可以被其他细胞吸收。因此,外泌体被认为是细胞之间的信息传递装置,在细胞间通讯和触发生理反应活动中发挥重要作用。


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2013年,James E. Rothman、Randy W. Schekman和Thomas C. Südhof三位科学家因 “发现细胞内的主要运输系统 —— 囊泡运输的调节机制”【1】 获诺贝尔生理学或医学奖,外泌体因此获得更多关注。

随着 “精准外泌体” 概念在2015年提出,基于外泌体的疾病诊断和精准医疗基础研究异常火热,更多专注于外泌体方向的生物科技公司相继成立、获得突破性进展。

细胞“自救”

近年来,已有越来越多的研究表明,外泌体在肿瘤诊断、组织损伤修复、免疫抗原呈递以及神经退行性疾病中起着极其重要的作用【2】【3】。

细胞间的通讯除涉及生理功能调节外,也内含一些疾病的发病机理。如虽然几乎所有的细胞都会分泌外泌体,但多个研究发现,比起正常细胞,病变的细胞尤其是肿瘤细胞会分泌更大量的外泌体。因此,外泌体作为肿瘤早期筛查的靶标之一,成为近几年液体活检领域一大热点。

“其实我们认为,细胞产生外泌体是一个‘扔垃圾’的过程,属于细胞的自救,将不利于细胞增长的有害 DNA片段、蛋白质、核酸等‘扔’到细胞之外。” 于文强说。

另外,肿瘤外泌体作为肿瘤细胞与其微环境相互作用的重要介质,肿瘤细胞分泌的外泌体会携带来自肿瘤细胞的抗原,这些抗原能够被树突细胞捕获并继续传递,激活靶向该癌症的免疫细胞。因此,可通过这一思路进行肿瘤的免疫治疗。

2015年6月24日,安德森癌症中心癌生物学主任 Raghu Kalluri研究团队在《Nature》上发表研究成果显示:胰腺癌癌细胞外泌体中包含的一种蛋白,有可能可以作为一种非侵入性诊断和筛查手段,识别出可通过手术治疗的早期胰腺癌【4】。

Codiak的核心技术为外泌体的制造和分析,外泌体的生产和提纯方法,曾为挡在外泌体技术转向临床应用的最大障碍。如今,在制造部分上,Codiak发现了两种高度丰富的天然外泌体蛋白,PTGFRN和BASP1,这些膜上的蛋白可以将目标蛋白锚定在外泌体的外侧或内侧;在纯化方面,Codiak的色谱和过滤技术代替传统的超速离心方式,使得GMP生产的效率和纯度更高。

目前,Codiak已经构建了一组覆盖肿瘤、神经疾病治疗以及用于疾病预防的疫苗管线。去年12月,Codiak宣布了exoIL-12产品Ⅰ期临床研究达到主要终点的消息,也是首个披露的外泌体药物临床研究相关结果。


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肿瘤细胞也是一样的,分泌的外泌体也可以抑制抗肿瘤免疫反应,或者通过在肿瘤转移过程中促进血管生成或肿瘤迁移到身体其他部位的方式,从而促进肿瘤生长。

用“细胞膜”装药?

因结构极高稳定性和易于被细胞吸收等特点,外泌体也被视为一种优质的给药载体,理论上可用于蛋白质、DNA、RNA等药物的递送。

Codiak领先产品exoSTING由经改造后腔内运载了小分子STING激动剂的外泌体组成,2020年10月,exoSTING针对晚期实体瘤的I/II期临床试验正式启动。公司的另一重要候选产品exoIL-12是一种经工程改造后在其表面表达促炎IL-12的外泌体,该产品目前正在早期皮肤T细胞淋巴瘤患者中开展I期临床试验。

另外,科学家们也认为,外泌体能够穿过血脑屏障以将特定药物输送到中枢神经系统。对此,于文强解释说,“其实这和肿瘤细胞的脑转移道理一样,外泌体是人体细胞分泌的产物,甚至直接来自肿瘤细胞,相比纳米颗粒,‘肿瘤细胞的分泌物’穿越血脑屏障确实相对容易。”

整体来看,外泌体相较于其他药物递送载体具有三大优势:免疫原性更低、毒性更小、穿越BBB(血脑屏障)的能力更强。

目前,相比来说,以外泌体进行肿瘤早期筛查进展较快,而应用于药物载体方向,则有巨大的发展前景。

参考文献:

1.All roads lead to neuroscience: the 2013 Nobel Prize in Physiology or Medicine.

2.Exosome DNA: Critical regulator of tumor immunity and a diagnostic biomarker.

3.Exosomes in cancer development, metastasis, and immunity.

4.Glypican-1 identifies cancer exosomes and detects early pancreatic cancer.