安齡資訊 | 外泌體每周速遞011

1、超聲在外泌體治療中的應用及未來發(fā)展

近日，來自韓國釜慶大學的研究人員發(fā)表綜述，討論了外泌體的生物學作用以及如何利用它們來改善藥物輸送和診斷。此外，還詳細探討超聲在調(diào)整細胞特征方面的能力，并為提出超聲如何改善外泌體的治療特性提供證據(jù)和觀點。相關內(nèi)容以“Exosomes and ultrasound: The future of theranostic applications”為題在線發(fā)表于1月20日的材料學期刊Materials Today Bio雜志上。

自外泌體被發(fā)現(xiàn)以來，其多種功能不斷被報道。其中，外泌體的生物學功能使其成為了解細胞生理狀態(tài)和病理進展的重要媒介。外泌體近年來受到多學科研究人員的廣泛關注，因為它們在生物標志物、圖像引導的特定疾病診斷中起著重要作用。外泌體衍生的分子既可以內(nèi)化在受體細胞中，也可以通過受體調(diào)節(jié)細胞通路，這使它們成為高效藥物傳遞系統(tǒng)的理想候選。生物醫(yī)學研究人員在開發(fā)外泌體作為一種潛在的治療劑時考慮了外泌體的這些特性。在實現(xiàn)治療藥物的應用方面存在一些挑戰(zhàn)，包括特異性、部位靶向等關鍵因素。這導致專家們尋求一種外部觸發(fā)式或圖像引導來增強外泌體或其他類似治療劑的治療特性。成像方式，如MRI、CT、超聲等，通常被用于圖像引導診斷和治療應用。

不同的細胞對超聲有獨特的反應，并能有效地調(diào)節(jié)細胞的遷移和流動性。除了物理性質(zhì)外，細胞的細胞內(nèi)/細胞外分子剖面也會因聲學操作而改變。一些研究人員關注和探索外泌體作為一種介質(zhì)，用于提高細胞對藥物的吸收、診斷或跟蹤特定細胞類型。一些研究人員利用超聲對細胞特性的影響，重點研究了外泌體分泌或外泌體介導的藥物傳遞。

因此，超聲波和聲學系統(tǒng)被廣泛研究，因為超聲能夠改變所應用的系統(tǒng)的特性，包括外泌體。在這篇綜述中，研究人員分別詳細介紹了外泌體和超聲的診斷和治療應用，包括它們的常規(guī)應用、缺點以及應對挑戰(zhàn)的發(fā)展。這些信息被分為不同的部分，提供了外泌體在各種疾病中的分離策略和治療應用的完整概述。然后闡述了基于超聲的疾病診斷和治療，特別關注了超聲在增強納米藥物和納米藥物傳遞系統(tǒng)療效方面的應用，最后討論了超聲在增強外泌體診斷和治療性能方面的能力，這可能是治療學的未來發(fā)展方向。

2、用于骨缺損修復的工程化外泌體

近日，西安交通大學口腔醫(yī)院裴丹丹課題組綜述了近年來工程化外泌體在骨缺損修復中的應用研究，重點介紹了具有促成骨效應的外泌體內(nèi)容物、工程化外泌體策略和外泌體整合生物材料的特性，并為探索先進的工程外泌體治療骨缺損修復提供了新的見解。該綜述文章以“Engineering exosomes for bone defect repair”為題發(fā)表于Frontiers in Bioengineering and Biotechnology雜志上(2022 Dec 7;10:1091360)。

該文總結(jié)了具有生物活性的外泌體內(nèi)容物（如miRNA、長鏈非編碼RNA和環(huán)狀RNA等）在骨再生中的作用，而且歸納總結(jié)了目前構建工程化外泌體用于骨再生的三種策略，即外泌體的直接修飾、親本細胞的化學或物理處理和親本細胞的遺傳修飾（圖1）。通過比較以上三種構建方式的優(yōu)劣，作者提出：在構建工程化外泌體時，應充分考慮應用場景和作用方式，選擇適合的工程化外泌體構建方式；面對復雜應用場景時，多種構建方式搭配使用也是一種值得考慮的策略。

值得一提的是，作者還獨辟蹊徑地從搭載工程化外泌體的生物材料的性能入手，關注了目前用于搭載工程化外泌體的生物材料所具備的性能，并總結(jié)了這些性能是如何協(xié)助工程化外泌體發(fā)揮促成骨分化功能的機制（圖2），為搭載外泌體的新型生物材料的設計具有一定的指導意義。

最后，作者指出，雖然工程化外泌體極大地改善了天然外泌體治療骨再生所面臨的局限性，但其仍然面臨一些阻礙，比如不同批次生產(chǎn)的外泌體之間可能會存在異質(zhì)性，導致外泌體治療效果的反復與不可控。這些困難也刺激了新的尖端技術的發(fā)展從而提高外泌體的生產(chǎn)和功能。同時，作者預測，未來新型生物材料以及更復雜的工程外泌體將用于促進骨組織再生，這將極大地助力骨再生領域的生物醫(yī)學的研究和治療方式的改進。

3、外泌體分離方法的研究進展

2023年1月13日，中國科學技術大學附屬第一醫(yī)院沈佐君教授團隊在Frontiers in Bioengineering and Biotechnology雜志上在線發(fā)表了題為“Recent developments in isolating methods for exosomes”的綜述論文（doi: 10.3389/fbioe.2022.1100892）。該綜述總結(jié)了外泌體分離方法的研究進展，對近幾年來用于外泌體分離方法的原理、優(yōu)缺點以及應用場景等進行概括與對比，為外泌體分離方法的選擇提供參考。

該綜述對用于外泌體分離的傳統(tǒng)方法的分離原理、優(yōu)缺點、純度、回收率以及應用場景等進行了系統(tǒng)分析和歸納，對近兩年用于外泌體分離的新興方法（主要包括利用集成微流控、免疫學方法以及共價化學捕獲外泌體）進行了概括列舉，并且對每種方法的原理、優(yōu)缺點、純度以及回收率等進行了對比。在如何提高外泌體分離純度與回收率以及保持外泌體生物活性與形態(tài)完整性的方法選擇上提出了見解。例如，外泌體在密度和大小方面的特征使得非外泌體的功能性囊泡與外泌體共分離，導致分離出外泌體的純度下降；高速旋轉(zhuǎn)、過濾膜壓力等產(chǎn)生的機械外力可能會影響外泌體生物活性與形態(tài)完整性。方法的綜合可以取長補短，相輔相成，有效地提高分離出外泌體的純度和/或產(chǎn)量并保持外泌體的生物活性。對于外泌體分離方法的選擇需要考慮多種指標，比如純度、產(chǎn)量、回收率等，很難說哪種方法是最好的選擇，即便是能夠集低消耗、自動化、便攜化于一體的微流控技術。目前來看，必須基于每個具體的研究需求和應用場景來選擇最合適自己研究的分離方法。

4、脂肪干細胞來源細胞外囊泡改善角質(zhì)形成細胞功能加速糖尿病小鼠創(chuàng)面愈合

糖尿病足潰瘍影響全球4000至6000萬糖尿病患者，導致下肢截肢率增加至正常人的20倍，成為當前臨床工作中的一大挑戰(zhàn)。臨床上傳統(tǒng)治療方案一般是清創(chuàng)后通過負壓外吸引控制感染和滲出，誘導肉芽組織新生，再通過植皮手術覆蓋創(chuàng)面以達到閉合傷口的目的。盡管如此，仍然難以避免植皮后再次壞死（12.1%）和感染（4.4%）的發(fā)生。因此，研發(fā)促進再上皮化的新型治療方案，用以優(yōu)化或替代植皮手術則具有更深遠的臨床意義。

近日，來自南昌大學第二附屬醫(yī)院和中南大學的研究人員報道了脂肪干細胞來源細胞外囊泡改善角質(zhì)形成細胞功能加速糖尿病小鼠創(chuàng)面愈合的研究成果，并以“Adipose-Derived Stem Cell Extracellular Vesicles Improve Wound Closure and Angiogenesis in Diabetic Mice”為題發(fā)表在Plastic and Reconstructive Surgery上（2023 Feb 1;151(2):331-342. PMID: 36696316)。

研究團隊在體外實驗中，發(fā)現(xiàn)脂肪干細胞來源細胞外囊泡可被人角質(zhì)形成細胞攝取內(nèi)化，并改善糖基化終末產(chǎn)物對角質(zhì)形成細胞生物學功能的損傷，具體表現(xiàn)為促進細胞的增殖、遷移和VEGF分泌；通過抑制FasL的表達來減少細胞凋亡。此外，Transwell實驗證實脂肪干細胞胞外囊泡預處理后的角質(zhì)形成細胞表現(xiàn)出更強的促內(nèi)皮細胞管樣結(jié)構形成功能。在體內(nèi)實驗中，發(fā)現(xiàn)在糖尿病小鼠創(chuàng)面局部滴加脂肪干細胞來源細胞外囊泡可加速約15.8%的愈合速率，降低約3.3天的平均愈合天數(shù)。在創(chuàng)面愈合的第15天，經(jīng)囊泡治療的糖尿病創(chuàng)面表現(xiàn)出高于對照組約18.2%的再上皮化比例和約2.7倍的新生血管數(shù)量，同時處于增殖期的上皮細胞數(shù)量增多，凋亡細胞下降，絲聚合蛋白（上皮重塑過程中的關鍵蛋白）的表達顯著升高。

綜上所述，脂肪干細胞來源細胞外囊泡在體外可改善糖基化終末產(chǎn)物導致的角質(zhì)形成細胞生物功能減退，提高細胞的增殖，遷移和促血管新生能力，并抑制凋亡；在體內(nèi)可通過促進再上皮化和血管新生來加速糖尿病小鼠的創(chuàng)面愈合。從經(jīng)濟角度出發(fā)，與細胞療法相比，細胞外囊泡可以在-80℃下儲存和運輸，成本更低廉。從生物安全和倫理角度出發(fā)，相較于具有生物活性的干細胞，低免疫原性的細胞外囊泡作為細胞間傳遞遺傳物質(zhì)和小分子的載體則更加安全可控，更容易作為生物產(chǎn)品通過異體使用的倫理審查。因此，該研究團隊設想，未來可根據(jù)臨床需要，在生物反應器中大規(guī)模生產(chǎn)干細胞來源細胞外囊泡，并采用具有抗菌和再生作用的生物支架控釋，用于促進臨床上負壓外吸引后糖尿病創(chuàng)面的原位再上皮化，為優(yōu)化糖尿病足潰瘍的治療和護理提供新的策略。