在短短幾年時(shí)間里，外泌體作為一種遞送藥物的安全有效解決方案，以及再生醫(yī)學(xué)的新工具，已經(jīng)開始得到認(rèn)可。

       外泌體的橫截面。外泌體被設(shè)計(jì)帶有特定的表面蛋白并裝載選定藥物（來源：LABIOTECH.eu官網(wǎng)）

       2013年，發(fā)現(xiàn)“細(xì)胞囊泡運(yùn)輸調(diào)控機(jī)制”的科學(xué)家榮獲了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，這一重大發(fā)現(xiàn)也開啟了外泌體研究的熱潮。

       外泌體于1983年首次在體外培養(yǎng)的綿羊紅細(xì)胞上清液中被發(fā)現(xiàn)，它是由細(xì)胞分泌的一種細(xì)胞外膜狀脂質(zhì)囊泡，大小在40 nm至100 nm之間，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在細(xì)胞間物質(zhì)運(yùn)輸和信號(hào)交流中發(fā)揮重要作用。人體的幾乎所有細(xì)胞都會(huì)分泌外泌體，血液、唾液、腦脊液、母乳等體液中都有外泌體的分布。

       通過長久以來不斷進(jìn)化，大自然創(chuàng)造并優(yōu)化了這些“納米膠囊”，用于在人體各組織間傳遞分子。如今，外泌體在生物技術(shù)方面的潛力受到了重視。雖然目前還沒有獲得許可的外泌體療法，但在過去五年里，全球涌現(xiàn)出許多公司來開發(fā)這些納米囊泡。

       天然的藥物遞送載體

       從小分子到核酸再到蛋白質(zhì)，藥物的設(shè)計(jì)和效力在過去幾十年中不斷取得進(jìn)展。但一個(gè)關(guān)鍵問題仍然有待解決：如何才能最有效地將它們運(yùn)送到靶細(xì)胞？

       傳統(tǒng)的給藥方式包括合成脂質(zhì)納米顆粒和病毒載體，目前它們分別被用于BioNTech/Pfizer和Oxford/Astrazeneca的COVID-19疫苗，以及許多蛋白質(zhì)、RNA和基因療法。但是這兩種方法都有局限性，包括它們能到達(dá)的身體區(qū)域，能到達(dá)的組織內(nèi)細(xì)胞數(shù)量，以及避免觸發(fā)有害免疫應(yīng)答的能力。簡(jiǎn)單、安全、廣泛適用的遞送工具仍然難得一遇。因此，外泌體作為藥物遞送手段的潛力引起了業(yè)界極大的興趣。

       在這一領(lǐng)域，成立于2016年，總部位于英國牛津的Evox Therapeutics公司是領(lǐng)頭羊。Evox的首席執(zhí)行官Antoninde Fougerolles說：“我們的創(chuàng)始人之一，牛津大學(xué)的Matthew Wood教授是第一個(gè)想到利用外泌體作為運(yùn)送藥物手段的人。他將小干擾RNA藥物裝入外泌體中，然后設(shè)計(jì)外泌體表達(dá)一種表面蛋白質(zhì)，以選擇性引導(dǎo)它們通過血腦屏障進(jìn)入小鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。”

       該公司科學(xué)家的進(jìn)一步研究表明，同樣的方法也可以用于核酸以外的其他治療藥物，包括酶和抗體。

de Fougerolles說：“有了外泌體，我們就有可能將任何藥物輸送到各種各樣的組織中，因此選擇的范圍相當(dāng)廣泛。不過這同時(shí)對(duì)于挑選靶向哪種疾病又是一種挑戰(zhàn)。我們選擇了一些確切知道需要遞送什么可以糾正疾病狀態(tài)的罕見代謝性疾病，如尿素循環(huán)障礙和那些沒有治療方法或標(biāo)準(zhǔn)治療效果極不理想的疾病。”

       外泌體在大小和功能上與合成的納米顆粒類似，但作為天然內(nèi)源性轉(zhuǎn)運(yùn)載體，具有毒性低、無免疫原性、滲透性好等優(yōu)勢(shì)。值得一提的是，與病毒載體和脂質(zhì)納米顆粒等其他遞送方法相比， 外泌體的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是可以精確地遞送有效載荷，而不激活先天或后天免疫系統(tǒng)。這使得重復(fù)給藥更加容易，因?yàn)榛颊咴诘谝淮沃委熀蟛粫?huì)獲得對(duì)運(yùn)載工具的免疫力，該問題也是近年來mRNA和基因治療遇到的主要障礙。

       “我們不太清楚所有的細(xì)節(jié)，但本質(zhì)上，大自然在數(shù)百萬年的時(shí)間里設(shè)計(jì)了這種機(jī)制，使其高效、安全地在細(xì)胞間交換RNA和各種蛋白質(zhì)，這是一個(gè)基本的優(yōu)勢(shì)。重要的是，我們實(shí)際上可以把不同種類的‘貨物’混合到同一個(gè)外泌體中。這意味著，如果想要遞送一種蛋白質(zhì)、一種mRNA和一種siRNA，我們可以利用一個(gè)外泌體完成這一切。” Fougerolles解釋說。

       2月18日，Evox Therapeutics在C輪融資中籌集了8000萬歐元。去年，該公司與武田和禮來建立了主要合作伙伴關(guān)系，將其主要候選產(chǎn)品推向臨床，專注于可用裝載蛋白質(zhì)或RNA的外泌體治療的罕見疾病。該公司計(jì)劃在2022年開始早期臨床試驗(yàn)，加入美國Codiak Biosciences公司行列，Codiak是在2020年底啟動(dòng)了工程外泌體療法的首次臨床試驗(yàn)。

       再生醫(yī)學(xué)的新工具

       來源于特定細(xì)胞類型的外泌體除了具有作為藥物遞送載體的固有適用性外，還可以被設(shè)計(jì)以刺激組織的生長和修復(fù)，使其在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。雖然這一領(lǐng)域傳統(tǒng)上專注于細(xì)胞療法，但外泌體的生物學(xué)復(fù)雜性要低得多，可以使再生醫(yī)學(xué)的應(yīng)用變得更容易。

       “外泌體是一個(gè)非常好的機(jī)會(huì)，它們能簡(jiǎn)化細(xì)胞治療的許多瓶頸。例如，更簡(jiǎn)單的物流、更容易的儲(chǔ)存條件、現(xiàn)貨型產(chǎn)品……”致力于外泌體再生應(yīng)用的葡萄牙生物技術(shù)公司Exogenus Therapeutics創(chuàng)始人兼CEO Joana Sim%uF5es Correia說道。

       Exogenus成立于2015年，初期專注于使用凝膠形式的外泌體療法來愈合皮膚傷口，后來開始擴(kuò)張，并轉(zhuǎn)向使用吸入的外泌體再生肺組織，這在很大程度上是由于COVID-19疫情的爆發(fā)。

       他們的方法包括從臍帶血細(xì)胞中提取天然的外泌體，其中預(yù)先載有一種主要是small RNA的再生物質(zhì)混合物。正常情況下，臍帶血在出生后不久就會(huì)被丟棄，Exogenus與多家葡萄牙醫(yī)院合作，通過讓父母捐獻(xiàn)這些血液來生產(chǎn)再生外泌體。

       Sim%uF5es Correia表示：“外泌體沒有引發(fā)免疫反應(yīng)的分子。因此，我們將擁有一種現(xiàn)貨型產(chǎn)品，它獨(dú)立于供者，可以應(yīng)用于任何宿主或任何患者。我們現(xiàn)在真正投入大量精力的是呼吸道炎癥性疾病領(lǐng)域。下一步將是證明這些外泌體有可能解決炎癥，不僅是針對(duì)COVID-19相關(guān)的疾病，還針對(duì)其他肺部疾病。”

       Exogenus預(yù)計(jì)將在年底前收集必要的數(shù)據(jù)，同時(shí)還計(jì)劃進(jìn)行A輪融資，為2022年開始臨床試驗(yàn)提供資金。

       掌握外泌體制造

       雖然許多外泌體生物技術(shù)公司，比如Evox和Exogenus都有自己的專用的細(xì)胞系和制造工藝，但外泌體領(lǐng)域向更小、更新的玩家開放的潛力巨大，這可以通過開發(fā)一種易于放大、產(chǎn)量高的外泌體制造工藝來實(shí)現(xiàn)。

       總部位于巴黎的EVerZom就提出了這樣的一種方法：通過改造一個(gè)生物反應(yīng)器來誘導(dǎo)“ turbulence stimulation”，這是一種引發(fā)細(xì)胞大量產(chǎn)生外泌體的壓力環(huán)境。

       EVerZom的首席運(yùn)營官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Nicolas Rousseau說：“自然釋放等常規(guī)方法是讓細(xì)胞正常生活，它們會(huì)不斷釋放一些外泌體，但是產(chǎn)量很低。使用過的傳統(tǒng)的方法還是饑餓——停止給細(xì)胞喂食，因?yàn)檫@種壓力，它們會(huì)釋放更多的外泌體。‘Turbulence stimulation’能在十分之一的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生十倍多的外泌體。”

       Everzom刺激大量釋放外泌體的制造工藝。（來源：EVerZom官網(wǎng)）

       迄今為止，EVerZom已經(jīng)在超過15種不同類型的細(xì)胞上測(cè)試了這一工藝，而且在每一種情況下，機(jī)械應(yīng)力都會(huì)刺激高于正常水平的外泌體的釋放。該公司也在探索在生產(chǎn)過程中，通過將藥物混合到培養(yǎng)基中以在外泌體上裝載感興趣藥物的可能性。

       在法國政府的資助和投資者的110萬歐元支持下，EVerZom的下一步工作是將生物生產(chǎn)平臺(tái)的規(guī)模擴(kuò)大到10 L，明年轉(zhuǎn)入GMP設(shè)施，并在2022年初左右生產(chǎn)第一批臨床外泌體。之后，他們希望在2022年底或2023年初與聯(lián)用藥物一起進(jìn)行首次人體應(yīng)用。

       像當(dāng)今許多可供生物學(xué)家使用的著名、具革命性的工具（如CRISPR、限制性內(nèi)切酶和抗生素）一樣，外泌體不是人類發(fā)明的，而是從自然界的工具箱里借來的，具有天然的優(yōu)勢(shì)。除了上文提及的一些公司外，全球許多其他生物技術(shù)公司也在競(jìng)相開發(fā)外泌體，例如Exosomics、Carmine Therapeutics、Vesigen Therapeutics、Mantra Bio和Aruna Bio。在大型制藥公司（羅氏、武田、禮來等）和投資者日益增加的資金支持的刺激下，該領(lǐng)域或?qū)⒃谖磥韼啄晗破鹨徊岢薄?/span>

       專 家 點(diǎn) 評(píng)

       浙江大學(xué) 醫(yī)學(xué)院 蔡志堅(jiān)教授

       1. 您如何看待外泌體的臨床應(yīng)用前景？

       我個(gè)人非常看好外泌體的臨床應(yīng)用前景。其實(shí)，早在十多年前就有關(guān)于外泌體臨床應(yīng)用的報(bào)道。2005年，法國Gustave Roussy研究所的Zitvogel教授報(bào)道了將惡性黑色素瘤病人自體樹突狀細(xì)胞來源的外泌體荷載黑色素瘤特異性抗原肽，制備腫瘤治療性疫苗，并進(jìn)行治療惡性黑色素瘤的I期臨床試驗(yàn)，證實(shí)了該疫苗的臨床安全性。當(dāng)時(shí)還沒有形成外泌體可作為藥物天然輸送載體的概念，因此，相關(guān)的研究主要集中在利用外泌體激發(fā)機(jī)體的抗腫瘤免疫，制備腫瘤治療性疫苗。

       隨著外泌體作為藥物輸送載體的各種優(yōu)勢(shì)逐漸被揭示，許多科學(xué)家開始嘗試?yán)猛饷隗w裝載藥物進(jìn)行臨床疾病的治療。與病毒與脂質(zhì)體這些傳統(tǒng)的載體不同，外泌體由于是來自細(xì)胞的天然產(chǎn)物，因此具有更高的生物相容性和極低的免疫原性。外泌體還可以在很大程度上避免藥物的內(nèi)體降解。此外，載藥外泌體還可以穿過血腦屏障，應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療。

       2020年，中國醫(yī)學(xué)科院科學(xué)院黃波教授團(tuán)隊(duì)在Nature Biomedical Engineering報(bào)道了利用含有甲氨蝶呤的人腫瘤細(xì)胞凋亡的質(zhì)膜微泡，開展治療肝外膽管癌引起膽道梗阻的I期臨床研究。研究結(jié)果顯示，在參與研究的20個(gè)患者中，有5個(gè)患者的膽道梗阻得到緩解，緩解率達(dá)到25%，而且治療后緩解持續(xù)時(shí)間較長。此外，該治療方式具有非常理想的安全性。同年，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)院附屬協(xié)和醫(yī)院利用病人自體囊泡裝載化療藥物治療肺癌胸水的早期臨床研究，11例患者中有10例出現(xiàn)癥狀改善，4例患者完全緩解。11例患者中有9例患者在死亡前不需要進(jìn)一步治療性胸腔積液引流。同樣的，這種治療方式也具有高度的安全性。這些報(bào)道充分表明，外泌體作為治療性藥物輸送載體不僅表現(xiàn)出了理想的治療效果，還有著令人滿意的生物安全性。

       2. 目前外泌體應(yīng)用進(jìn)展快速的是哪個(gè)方向，哪些方向是有潛力的？

       目前，在外泌體臨床應(yīng)用研究領(lǐng)域走在前列的是美國的Codiak BioSciences公司。它是MD安德森癌癥中心癌癥生物學(xué)系主任Raghu Kalluri教授在2015年創(chuàng)辦。產(chǎn)品主要針對(duì)腫瘤治療，包括IL-12修飾的外泌體、STING激動(dòng)劑修飾的外泌體及裝載KRAS-G12D小干擾RNA的外泌體。其中，IL-12修飾的外泌體治療早期皮膚T細(xì)胞淋巴瘤的I期臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行中。

       除了腫瘤治療，外泌體在基因的裝載及輸送中具有較高的效率，Evox Therapeutics公司正在嘗試?yán)醚b載小干擾RNA的外泌本應(yīng)用于遺傳性疾病的治療。由于外泌體具有可穿越血腦屏障的特性，因此在治療帕金森、神經(jīng)退行性疾病等腦相關(guān)疾病具有較大的潛力。

       此外，我們的前期研究發(fā)現(xiàn)，外泌體可自發(fā)富集于肝臟，因此，載藥外泌體在治療肝臟相關(guān)疾病如原位肝癌、肝衰竭、肝纖維化和脂肪肝等疾病方面具有巨大的應(yīng)用前景。

       3. 外泌體臨床轉(zhuǎn)化還面臨著哪些問題？對(duì)此，您有何看法或建議？

       外泌體臨床轉(zhuǎn)化主要面對(duì)的問題是外泌體的細(xì)胞來源及產(chǎn)業(yè)化級(jí)別的外泌體制備。“O”型血紅細(xì)胞是最佳的外泌體來源。由于它們本來就是血制品的天然成分，輸血已經(jīng)有上百年歷史，安全性毋庸置疑。而且，紅細(xì)胞是體內(nèi)數(shù)量最多的細(xì)胞，可很方便的獲得臨床應(yīng)用的外泌體產(chǎn)量。不過，我國對(duì)血制品管控，導(dǎo)致紅細(xì)胞的來源成為很大的阻礙。間充質(zhì)干細(xì)胞是經(jīng)美國FDA獲批的可應(yīng)用于臨床病人回輸?shù)募?xì)胞，因此，間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體是將來比較容易獲批的藥物載體。而產(chǎn)業(yè)化外泌體的制備可通過間充質(zhì)干細(xì)胞的生物發(fā)酵培養(yǎng)來實(shí)現(xiàn)。

       與其他化學(xué)藥物不同，外泌體含有的成分比較復(fù)雜，而且目前沒有任何技術(shù)能提取到100%純度的外泌體。因此，外泌體產(chǎn)品的質(zhì)控也是目前面臨的較大挑戰(zhàn)。此外，通過人工修飾使外泌體獲得疾病的靶向性，也是提高外泌體治療產(chǎn)品應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵。

       4. 您的團(tuán)隊(duì)主要圍繞外泌體開展了哪些方面的研究，可以分享一些代表性成果嗎？

       我們團(tuán)隊(duì)在2012年就開展了利用免疫抑制分子TGF-%u3B2基因修飾未成熟樹突狀細(xì)胞來源的外泌體治療自身免疫性疾病的研究，并在小鼠的炎癥性腸病及EAE模型中取得了非常理想的治療效果。

       2019年，我們團(tuán)隊(duì)發(fā)表于Immunity的研究發(fā)現(xiàn)，B細(xì)胞可分泌含有CD39和CD73的外泌體，從而將化療引起凋亡腫瘤細(xì)胞釋放的大量ATP水解成腺苷，造成化療后體內(nèi)嚴(yán)重的免疫抑制。因此，制備相應(yīng)的制劑特異抑制B細(xì)胞外泌體的釋放可很大程度上提高化療的治療效果。目前，我們已制備出該制劑并取得國家發(fā)明專利的授權(quán)。

       還有，如前面提到的，我們?cè)?020年發(fā)表于Journal of Extracellular Vesicles的研究中報(bào)道，紅細(xì)胞來源的外泌體經(jīng)血液回輸后可自發(fā)富集于肝臟，也就是說不需要任何人工的修飾就具有天然的肝靶向性。因此，載藥后，紅細(xì)胞來源的外泌體對(duì)急性肝衰竭和原位肝癌表現(xiàn)出很好的治療效果，同時(shí)也具有非常理想的生物安全性。

       此外，在對(duì)外泌體進(jìn)行修飾，使其獲得疾病靶向性方面的研究中我們也取得了一些令人激動(dòng)的結(jié)果，并有可能制備出具有廣譜腫瘤靶向性的外泌體載體。

       文章源于網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除~