外泌体之家 | 细胞外膜泡领域核心平台—exosomes & microvesicles—小膜泡大作用

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39分Nature子刊综述:细胞外囊泡——下一代药物递送平台

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发表于 2021-7-8 18:31:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 Johnny 于 2021-7-8 18:31 编辑

39分Nature子刊综述:细胞外囊泡——下一代药物递送平台

基于细胞外囊泡的细胞间通讯在所有生命中都是保守的。有令人信服的证据表明,细胞外囊泡参与主要(病理)生理过程,包括细胞稳态、感染传播、癌症发展和心血管疾病。各种研究表明,细胞外囊泡与传统合成载体相比具有多种优势,为现代药物递送开辟了新的领域。尽管进行了广泛的研究,但基于细胞外囊泡的疗法的临床转化仍然具有挑战性。苏黎世联邦理工学院和德国萨尔大学的研究人员近日在Nature Nanotechnology杂志(影响因子39.213)上发表文章,讨论了细胞外囊泡的独特性以及充分利用其作为药物载体的潜力所需的关键设计和开发步骤,包括加载方法、深入表征和大规模制造。文章将细胞外囊泡的前景与成熟的脂质体的前景进行了比较,并提供指导开发基于囊泡的药物递送系统的过程指南。

​随着靶向给药领域的扩大,纳米技术在近几十年来为智能载体的发展做出了重大贡献。特别是,基于脂质的纳米载体为药物封装提供了一个通用平台,这导致了几种制剂的临床转化。除了合成纳米载体外,细胞衍生的基于细胞外囊泡(EVs)的载体系统也引起了相当大的兴趣。

EVs是一组异质的脂质结合纳米颗粒,充当许多(病理)生理过程的关键介质。人们还正在探索利用其固有的组织归巢能力将治疗有效载荷输送到特定细胞或组织。从药物递送的角度来看,EVs与脂质体相当,因为两者都是基于磷脂的。然而,EVs是由各种脂质、表面和膜蛋白的复杂混合物组装而成的。其中一些组件有助于组织靶向,而其他组件则确保将非特异性相互作用降至最低。这些独特的蛋白质修饰的磷脂囊泡已被假定包含特定“条形码”在局部和远距离寻找所需的靶标。尽管进行了广泛的研究,但基于EVs的药物递送优于通过工程纳米载体(如脂质体)递送的优势以及相关的风险收益比仍然存在争议。

该综述批判性地讨论了EVs作为药物输送载体和下一代疗法的前景。概述了EVs相对于标准递送方法的优势,讨论了与其临床和工业转化相关的当前障碍,并强调了与其他新兴领域的协同作用,例如细胞疗法(EV有时被认为是“无细胞的细胞疗法”)。还提出了关于实验要求和科学需求的指南,以促进EVs作为药物载体的发展,以评估其递送功效并允许对替代品进行基准测试。

该综述大体包含如下内容:

  • EV生物学和功能的独特性

  • EVs的组成成分


图 1:EV介导的细胞串扰、清除机制和免疫反应的图示。EVs是作为不同亚群的异质混合物产生的,它们可能参与细胞之间的近端和远端通信。进入体循环后,必须避免排泄器官,如肝、肺和肾,以及免疫细胞。它们的靶向组织效率取决于功能化程度和靶细胞相互作用。

  • EVs的吸收和生物学作用

  • 基于EVs的药物载体

  • 相关开发

表1 . 正在进行的EVs临床试验

[td]
No.试验名称状态适应症EV的类型坐标NCT号
Stem-cell-derived  EVs
1A  Clinical Study of Mesenchymal Progenitor Cell Exosomes Nebulizer for the  Treatment of Pulmonary InfectionsRecruiting;  phase 1/2Drug-resistant  infectionsMSC-/progenitor-cell-derived  exosomesShanghai,  ChinaNCT04544215
2Effect  of Microvesicles and Exosomes Therapy on β-Cell Mass in Type I Diabetes  Mellitus (T1DM)Unknown  statusDiabetes  mellitus type 1MSC-derived  exosomesSahel,  EgyptNCT02138331
3Evaluation  of Safety and Efficiency of Exosome Inhalation in SARS-CoV-2 Associated  PneumoniaEnrolling  by invitation; phase 1/2SARS-CoV-2  pneumoniaMSC-derived  exosomesSamara,  RussiaNCT04491240
4A  Pilot Clinical Study on Inhalation of Mesenchymal Stem Cells Exosomes for the  Treatment of Severe Novel Coronavirus PneumoniaCompleted;  phase 1SARS-CoV-2  pneumoniaMSC-derived  exosomesShanghai,  ChinaNCT04276987
5Safety  and Efficiency of Method of Exosome Inhalation in COVID-19 Associated  PneumoniaEnrolling  by invitation; phase 2SARS-CoV-2  pneumoniaMSC-derived  exosomesSamara,  RussiaNCT04602442
6Effect  of UMSCs Derived Exosomes on Dry Eye in Patients With cGVHDRecruiting;  phase 1/2Dry  eyeUmbilical  MSC-derived exosomesGuangzhou,  ChinaNCT04213248
7MSC-Exos  Promote Healing of MHsRecruiting;  early phase 1Macular  holesMSC-derived  exosomesTianjin,  ChinaNCT03437759
8A  Tolerance Clinical Study on Aerosol Inhalation of Mesenchymal Stem Cells  Exosomes in Healthy VolunteersRecruiting;  phase 1Safety  and tolerance studiesMSC-derived  exosomesShanghai,  ChinaNCT04313647
9Allogenic  Mesenchymal Stem Cell Derived Exosome in Patients with Acute Ischemic StrokeCompleted;  phase 1/2Cerebrovascular  disordersMesenchymal-stromal-cell-derived  exosomesTehran,  IranNCT03384433
10Evaluation  of Adipose Derived Stem Cells Exosomes in Treatment of PeriodontitisRecruiting;  early phase 1PeriodontitisAdipose-derived  stem-cell-derived exosomesCairo,  EgyptNCT04270006
Allogenic  and autologous EVs
11Safety  and Efficacy Evaluation of Allogenic Adipose MSC-Exosomes in Patients with Alzheimer’s  DiseaseRecruiting;  phase 1/2Alzheimer’s  diseaseAllogenic  adipose MSC-derived exosomesShanghai,  ChinaNCT04388982
12A  Clinical Study of Mesenchymal Stem Cell Exosomes Nebulizer for the Treatment  of ARDSNot  yet recruiting; phase 1/2Acute  respiratory distress syndromeAllogeneic  human MSC-derived exosomesRuijin,  ChinaNCT04602104
13MSC  Extracellular Vesicles in Dystrophic Epidermolysis BullosaNot  yet recruiting; phase 1Dystrophic  epidermolysis bullosaAllogeneic  MSC-derived EVsAegle  TherapeuticsNCT04173650
14Effect  of Plasma Derived Exosomes on Cutaneous Wound HealingEnrolling  by invitation; early phase 1UlcerAutologous  exosome-rich plasmaKumamoto,  JapanNCT02565264
Other  cells or EV sources
15COVID-19  Specific T Cell Derived ExosomesActive;  phase 1SARS-CoV-2  pneumoniaT-cell-derived  exosomesKayseri,  TurkeyNCT04389385
16Extracellular  Vesicle Infusion Therapy for Severe COVID-19Not  yet recruiting; phase 2SARS-CoV-2  pneumonia, acute respiratory distress syndromeBone-marrow-derived  EVsDirect  BiologicsNCT04493242
17Edible  Plant Exosome Ability to Prevent Oral Mucositis Associated with  Chemoradiation Treatment of Head and Neck CancerActive;  phase 1Head  and neck cancer, oral mucositisGrape  exosomes and fentanyl patchLouisville,  USANCT01668849
Drug-loaded  EVs
18iExosomes  in Treating Participants with Metastatic Pancreas Cancer with KrasG12D  MutationRecruiting;  phase 1Metastatic  pancreatic adenocarcinoma, pancreatic ductal adenocarcinomaMesenchymal-stromal-cell-derived  exosomes loaded with siRNA against KrasG12DHouston,  USANCT03608631
19Study  Investigating the Ability of Plant Exosomes to Deliver Curcumin to Normal and  Colon Cancer TissueActive;  phase 1Colon  cancerPlant  exosomes loaded with curcuminLouisville,  USANCT01294072
20Trial  of a Vaccination with Tumor Antigen-loaded Dendritic Cell-derived ExosomesCompleted;  phase 2Non-small-cell  lung cancerDendritic-cell-derived  exosomes loaded with antigenVillejuif,  FranceNCT01159288

  • 表征——安全性和有效性研究的先决条件

  • 靶向能力和清除

  • 免疫反应和潜在毒性

  • 载药EVs的临床转化


图 2:EVs可以根据其成分的来源分为天然EVs、源自(基因)工程细胞的EVs、后修饰的EVs或受EVs启发的脂质体。由于EVs源自细胞,因此它们本质上比合成载体系统更复杂。

  • 临床转化的现状

  • 放大和生产



图 3:载药EVs生产过程中的工艺步骤和关键单元操作。虽然上游加工可以适应用于细胞疗法的细胞生产中使用的安全和质量概念,但下游加工可以部分适应生物制品生产中使用的概念。EVs的分离和纯化是独一无二的,并且本质上容易受到病毒污染(上游和下游处理过程中的无菌问题用感叹号表示),由于EVs和病毒的胶体性质相似,并且大多数纯化工艺是用于病毒的纯化。

  • 关键单元操作:上游

  • EVs来源的细胞培养和表征

  • 可选的内源性载药

  • EVs收集和工程化

  • EVs的分离和表征

  • 外源载药


图 4:EVs生产的各类方式与指标的比较


  • 下游

  • 纯化

  • 质量控制——工程EVs的(最小)表征

  • 制剂和保质期

  • 安全源于设计和流程去风险化

最后观点

EVs可用作各种药物递送应用的载体系统。与标准递送方法相比,EVs已被证明在系统性给药于啮齿动物时,递送的功能性货物免疫清除率低。然而,需要在临床相关系统中进行更多评估,该文与基于脂质体的替代品进行直接、定量的比较,以全面评估风险收益比。EVs的成功转化取决于具有成本效益的大规模生产、分离和表征方法的可用性,该方法具有高灵敏度以评估批次间的差异(及其生物学后果),以及广泛适用的装载药物方法的可用性。新分析技术的日益普及有望为EVs的独特性提供新的见解,并可能激发下一代合成系统的工程设计。人造EVs或EVs模拟物的生产可以克服与无菌、大规模生产和监管相关的挑战。人们已经在探索令人兴奋的新途径,包括将载药脂质体与EVs融合以提高载药能力。值得注意的是,最近报道了通过植入细胞生产设计的EVs。该技术为工程外泌体的体内生产提供了一条新途径。尽管取得了这些有希望的结果,但仍需要更多地了解使EVs如此有效地渗透细胞和逃避免疫检测的机制,以充分发挥其潜力。


参考文献:HerrmannIK, Wood MJA, Fuhrmann G. Extracellular vesicles as a next-generation drugdelivery platform. Nature Nanotechnology. 2021 Jul 1.PMID: 34211166.​

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