连发Nature Nanotech、Nature Methods，细胞外囊泡前景何在？

奇物论

2021-09-19

近几十年来，随着靶向给药领域的扩大，纳米技术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多功能平台，这也导致了几种制剂的临床转化。除了合成纳米载体外，细胞衍生的细胞外囊泡 (EV) 载体系统也引起了科学家极大的兴趣。

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。他们也正在被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。其中一些成分有助于组织靶向，而另一些则确保最小的非特异性相互作用。这些独特的蛋白质修饰磷脂囊泡被假定含有在局部和远处找到靶标所需的特定条形码。尽管进行了广泛的研究，但基于 EV 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-效益比仍然存在争议。

鉴于此，德国埃尔朗根-纽伦堡大学Gregor Fuhrmann和苏黎世联邦理工学院Inge Katrin Herrmann等人在Nature Nanotechnology上批判性地讨论了EVs作为药物输送载体和下一代疗法的前景。

首先，作者讨论了EVs的独特的生物学和功能。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。它们的靶组织效率取决于功能化程度和靶细胞相互作用。

图| EV 介导的细胞串扰、清除机制和免疫反应

然后，作者总结了EVs作为药物载体的发展，还概述了EVs相对于标准递送方法的优势，包括其免疫反应和毒性。

虽然科学家和工程师试图利用 EV 的独特特性来开发智能给药系统，与合成纳米载体相比，这些系统在靶向、安全和药代动力学方面表现出巨大的优势，但 EV 的临床转化仍然具有挑战性。由于电动汽车本身固有的复杂性、尺寸异质性以及生产过程中遇到的自然（批次间）变化，生产过程的内在风险高于纯合成生产系统的风险。因此，作者还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”）。

通过对衍生EVs的细胞进行适当选择或工程设计，已经开发出用于装载EVs和共轭靶向部分的各种平台。这些可以分为三组：

(1)天然EVs，它们是天然的或从基因工程细胞中获得的；

(2)混合EVs，用药物或表面配体进行后修饰；

(3) EV 启发的脂质体。

图|EVs的分类

从监管的角度来看，上述群体可能属于生物制品的制药类别。一般来说，生物制品中的活性物质比非生物药品中的活性物质更为复杂。因此制造过程中的培养条件，如细胞传代、细胞密度和 EV 收获的频率，强烈影响产品质量的各个方面，包括产量、EV 组成和 EV 生物活性。因此生产EVs过程需要额外的过程控制。值得注意的是，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。

此外，作者还提出了关于实验要求和科学需求的颜色代码指南，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。

图|载药EVs生产过程中的工艺步骤和关键单元操作

图|技术制造选项的说明

综上所述，EV 可用作各种药物输送应用的载体系统。与标准递送方法相比，EVs 已被证明在全身性给药于啮齿动物时可递送免疫清除率降低的功能性货物。然而，需要在临床相关系统中进行更多评估，并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间差异（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。

无独有偶，说到分析技术，近日，巴黎大学Guillaume van Niel等人在Nature Methods上综述了影像学在体内理解细胞外囊泡生物学中的作用。

由于 EV 的体积小，大多数研究都依赖于对从生物流体中分离出来的大量 EV 进行分离和生化分析。尽管提供了信息，但这些方法并没有捕捉到 EV 释放、生物分布和对病理生理学的其他贡献的动态。实时和高分辨率显微镜技术的最新进展，结合创新的 EV 标记策略和报告系统，为在体内生理环境和单囊泡水平研究 EV s提供了新工具。

因此，作者批判性地回顾了 EV 成像的最新进展和挑战，并在寻求解开 EV 生物学和治疗应用的过程中确定了紧迫、突出的问题。

图|标记策略成像EV 相互作用、内吞和命运

参考文献：

Herrmann, I.K., Wood, M.J.A. & Fuhrmann, G. Extracellular vesicles as a next-generation drug delivery platform. Nat. Nanotechnol. 16, 748–759 (2021).

https://doi.org/10.1038/s41565-021-00931-2

Verweij, F.J., Balaj, L., Boulanger, C.M. et al. The power of imaging to understand extracellular vesicle biology in vivo. Nat Methods 18, 1013–1026 (2021).

https://doi.org/10.1038/s41592-021-01206-3