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科普日常 | 工程化外泌体用于脑血管和神经退行性疾病的治疗

发布时间:2024-05-04    浏览量:0




前言

中枢神经系统疾病是以中枢神经系统发生病理改变的疾病总称,中枢神经系统疾病种类非常多,临床上以脑血管疾病、脊髓疾病和炎性病变较为多见,目前缺乏理想的临床治疗方法[1]


随着全球老龄化的发展,开发针对神经退行性疾病的潜在新疗法也是提高老年人生活质量、减轻公共管理和照顾者沉重负担的前提。



研究现状

PART 01

细胞特异性疗法的发展为神经系统疾病的治疗开辟了新的可能性,但活细胞的使用可能会诱发自身免疫反应或排斥,这可能会增加持续刺激的风险。考虑到生产过程的复杂性、安全性和生物相容性,外泌体在这方面具有较大优势。在神经系统中,外泌体有助于促进髓鞘形成、神经突生长和神经元存活,并刺激组织修复和再生,而且不同来源的外泌体均可以通过各种方式穿过血脑屏障 (BBB)[2]


尽管外泌体的归巢功能在治疗方面具有巨大潜力,但在动物实验中已证实其靶向能力较为低下。因此,大量的工程技术被用于修饰外泌体以增强其靶向能力。

△图:工程化外泌体作为脑靶向治疗脑血管和神经退行性疾病的新治疗工具的使用示意图。





什么是工程化外泌体

PART 02

工程化外泌体是指天然外泌体经过生物工程技术处理和优化得到的一类外泌体,工程化改造是实现药物高效递送、高靶向特异性的便捷手段之一。外泌体的表面修饰策略包括生物工程和化学工程(见下图)。生物工程(Biological Engineering)将引导蛋白或多肽的基因序列与选定的外泌体膜蛋白的基因序列融合,能够有效地在外泌体表面展示特异引导性肽和蛋白质。而化学工程 (Chemical Engineering)指通过“脂类化学反应”或“膜结合蛋白化学反应”或“脂质-脂质相互作用”安装不同的片段,如抗体、蛋白、适配体、小分子、聚合物等。

△图:工程化外泌体的表面修饰方式



工程化外泌体靶向脑传递机制

PART 03

尽管药物递送系统(DDSs)取得了重大进展,但在有效地向大脑输送药物治疗中枢神经系统疾病方面仍存在重大挑战,其中就包括血脑屏障(BBB)存在的局限性。外泌体能穿过血脑屏障(BBB)运输,脑微血管内皮细胞(EC)是BBB的主要组成部分,一方面,外泌体可以被EC内化并穿透BBB,另一方面,外泌体的内化可以提高BBB的完整性

△图:外泌体穿过血脑屏障运输的途径和机制


外部治疗性外泌体很容易被免疫系统识别并被网状内皮系统捕获,但有效的药物传递到中枢神经系统的主要障碍是通过血脑屏障[3]。其中,脑血管和神经退行性疾病治疗的主要给药方法包括静脉注射、口服注射、立体定向注射、鼻腔给药



工程外泌体治疗的优势

PART 04

与直接传递活细胞相比,外泌体具有容易通过血脑屏障的能力,在治疗脑部疾病方面具有独特的优势[4]。此外,外泌体可在-80°C下保存6个月而不降解,可有效保护内部可溶性分子,包括生物因子和核酸。未经修饰的天然外泌体虽然具有靶向能力,但仍存在靶向效率低、循环半衰期短、疗效差等问题。多种工程方法可以修饰外泌体表面的归巢肽或配体,赋予外泌体靶向能力,从而提高其治疗效率(见下图)。

△图:来自各种细胞来源的外泌体的治疗作用已被用于治疗脑血管和神经退行性疾病。




简而言之,开发具有靶向疾病治疗功能的工程外泌体可以增加药物在脑疾病病变部位的积累,减少对肝脏、肾脏和其他器官的损害,该方法克服了全身给药后脑缺血病变靶向性差导致治疗效果差的缺点。因此,脑组织靶向部分的开发将扩大外泌体在脑部疾病中的应用。



结论和观点

PART 05

总的来说,工程外泌体是很有前途的、非细胞的和可改变的细胞外囊泡,可以改善脑血管和神经退行性疾病患者的预后。作为一种无细胞疗法,外泌体也可以减少注射活细胞的安全风险。


然而,在外泌体广泛应用于临床实践之前,仍有一些局限性和挑战需要克服。

首先,目前还没有分离高纯度外泌体的明确的最佳纯化技术。现有的外泌体分离、定量和表征方法存在很大差异,难以对该领域的研究进展进行对比和比较;

第二,在外泌体的剂量、检测标准和给药途径上仍存在深度分裂;

第三,外泌体与治疗药物联合使用时可能会出现不良反应。根据供体细胞的性质,外泌体内的异质性成分也可能导致免疫原性效应(免疫刺激或免疫抑制);

第四,外泌体的源细胞具有不同的生理状态,这可能会影响其衍生的外泌体的组成和治疗效果。

考虑到上述因素和关注点,应建立衍生外泌体的质量控制(QC)标准。


尽管存在现有的障碍,但使用外泌体作为潜在的生物标志物和治疗方法在各个领域都很有吸引力,包括癌症、肌肉骨骼疾病和心力衰竭,特别是在难治性神经系统疾病中,外泌体的临床转化是鼓舞人心的。



【注】文章内容旨在科普细胞知识,进行学术交流分享,了解行业前沿发展动态,不构成任何应用建议。

参考文献

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[1]Chen, S., et al., Crucial Factors Influencing the Involvement of Odontogenic Exosomes in Dental Pulp Regeneration. Stem cell reviews and reports, 2023(8): p. 19.

[2] Meng Xu, T.F., Bowen Liu, Fen Qiu, Youhua Xu, Yonghua Zhao and Ying Zheng, Engineered exosomes desirable target-tracking characteristics for cerebrovascular and neurodegenerative disease therapie. Theranostics, 2021. 11(18): p. 8926-8944.

[3] Wynn, T. and K. Vannella, Macrophages in Tissue Repair, Regeneration, and Fibrosis. Immunity, 2016. 44(3): p. 450-462.

[4] Shao, H., et al., Protein typing of circulating microvesicles allows real-time monitoring of glioblastoma therapy. Nature Medicine, 2012. 48(Suppl 6): p. 137-138.



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