撰文:南宫明月 来源:干细胞者说
外泌体,一种直径约30-150nm的纳米级囊泡,起源于细胞内吞过程中形成的内体,再从细胞中释放到胞外。几乎所有细胞都可以分泌外泌体。如果这个外泌体恰好是干细胞分泌的,那就叫干细胞外泌体。如果是肿瘤细胞分泌的,那就叫肿瘤细胞外泌体。
2013年,外泌体因诺贝尔医学奖而被众人知晓,也因此将外泌体研究推向了前所未有的新高潮。外泌体在体液中广泛存在及易获得性等特点被誉为液体活检"新秀",成为疾病的精确诊断和治疗研究的热点。
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外泌体的概念
图3:近十年外泌体研究相关文章数量
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外泌体用于组织修复再生
干细胞外泌体成为研究热点可能得益于干细胞研究的蓬勃发展。间充质干细胞外泌体(MSC-exo)具有免疫调节、抗炎和抗纤维化、抑制氧化应激、增强血管生成等作用。这主要依赖于其中的蛋白和核酸组分。例如MSC-exo富含糖酵解相关酶,可增加ATP的产生,减少组织细胞死亡,还含有细胞因子(VEGF、TGF-β1、IL-6、IL-10和HGF等),有利于血管生成和免疫调节。
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2018年5月,FDA批准了Aegle公司的首个细胞外囊泡新药临床试验申请,以开始用于烧伤患者的临床试验。通过分离纯化MSCs分泌的细胞外囊泡,用以治疗严重的皮肤病,包括烧伤和大疱性表皮松解症。 -
2019年6月,United Therapeutics宣布其基于外泌体治疗支气管肺发育不良(BDP)的 I 期试验获批开展。 -
2020年1月,Exopharm宣布了其在人类临床试验中的首次给药,成为首家测试外泌体对伤口愈合能力的公司。Exopharm的Plexaris产品,是无细胞的血小板外泌体制剂,在临床前动物研究中,改善了伤口闭合,并减少了疤痕。
干细胞外泌体可促进皮肤创面愈合:促进创面局部巨噬细胞从促炎M1向抑炎M2型转变从而有助于组织修复,抑制肌成纤维细胞分化和过度纤维化,从而减少瘢痕形成。间充质干细胞(MSCs)通过旁分泌效应,将携带细胞因子和核酸等信号的外泌体传递至邻近的目标细胞,促进损伤部位修复。
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外泌体用于肿瘤诊断
所有的细胞都可以分泌外泌体,机体的体液内和间质中均含有大量的外泌体。外泌体被认为是疾病诊断的无创或微创生物标志物,具有检测包括癌症在内的许多病理状况的潜力。
个性化和精准医学的检测,通常会使用体液(主要是血液和尿液)的液体活检正迅速受到关注,不但方便且对患者伤害甚微。在液体活检中主要分析循环肿瘤细胞(CTC)、游离DNA(cfDNA)和外泌体。外泌体因稳定性高并易于从尿液或血液中收集,是开展液体活检的最佳候选者。
miRNA在机体内起着调节作用,故被认为有诊断的生物标志物的潜力,外泌体miRNA富集的变化可反映生理病理的改变。肿瘤特异性循环外泌体miRNA已被开发为肺癌的早期诊断生物标记。据报道,miR-23b-3p,miR-10b-5p和miR-21-5p是非小细胞肺癌(NSCLC)患者有希望的预后生物标志物。同样,外泌体也包含来自宿主细胞的蛋白质,因此也具有潜在的生物标志物来源。除了miRNA、蛋白质外,来自癌症患者的外泌体lncRNA还被定义为新型肿瘤生物标记物。
图4:外泌体内容物作为肿瘤的潜在诊断标志物
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外泌体用于药物递送系统
眼下,外泌体似乎已经成为下一个生物医药的黄金赛道。科学家们普遍认为,外泌体具有其独特的生物学特征,可以作为一种药物递送载体。外泌体已经成为基因治疗的潜在载体,纳米尺寸和柔韧性使它们能够跨越主要的生物屏障,如血脑屏障(BBB)等。与脂质体制剂相反,外泌体是天然存在的外分泌型膜囊泡,毒性较低,人体耐受性很好。另外,外泌体的归巢能力暗示了它们在药物递送中的潜在效用。例如,源自黑色素瘤的外泌体优先进入前哨淋巴结,这种归巢能力可以用作药物的靶向递送。
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外泌体用于肿瘤免疫疗法
外泌体具有诸多优点,在疾病治疗中具有难以忽视的价值。人们对探索肿瘤中免疫失调很感兴趣,其中包括基于外泌体的肿瘤免疫疗法,这有望诞生抗癌疫苗。
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文末小结
随着技术的进步,外泌体已经越来越被人们熟知,其应用也愈加广泛。外泌体是具有纳米尺寸的细胞囊泡,具有高生物活性,能参与细胞之间的交流,调控炎症水平、促进组织再生。
如今,众多企业正在开发外泌体治疗或诊断方法,针对纯天然和工程化的外泌体产品进行临床试验。一点也毫不奇怪,许多细胞企业也在向外泌体领域拓展。迄今为止,全球约有40多家外泌体治疗和诊断的公司
基于外泌体治疗的部分企业
目前,国内外相关的研究正如火如荼地进行中。外泌体药物生产工业化(规模、纯度、成本、一致性和标准化)是目前面临的重大挑战。相信未来几年,从事外泌体产品开发的项目或企业将不断增加,最终外泌体产品将走向商业化,造福患者。
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