干細胞來源細胞外囊泡MSC-EVs在疾病治療、食品及臨床進展中的應用

圖2. 不同細胞來源外泌體在疾病診斷與治療領域研究的論文情況

本期文章，小編對MSC-EVs在疾病治療、食品以及醫(yī)美等領域的應用進行了簡單綜述，并進一步梳理了目前基于MSC-EVs的臨床進展。

MSC-EVs的疾病治療研究及其產業(yè)化
MSC是一種來源于成體組織和器官的多能干細胞，MSC-EVs具備免疫調節(jié)特性，且可以促進血管生成，給予細胞保護和抑制細胞凋亡等功能，因此，MSC-EVs在疾病治療中具有極大的潛力。

研究表明，來自MSC-EVs的miRNAs，特別是miR-320C，能夠促進骨關節(jié)炎軟骨細胞增殖。在一項心肌缺血再灌注I/R損傷研究中，攜帶miR-182-5p的MSC-EVs顯示出改善心功能和減少心肌梗死的心臟保護作用，并伴有減少體內炎癥反應。另外，MSC-EVs攜帶的miR-27b可誘導促炎細胞因子的下降，用于治療膿毒癥。當然，MSC-EVs本身可通過表達殺菌肽及抗菌肽如LL-37、人β-防御素2、肝素和脂鈣蛋白-2和/或通過免疫調節(jié)來治療傳染病。

除了直接以天然MSC-EVs作為治療或者輔助治療劑外，具有特定組織器官靶向功能的功能化的MSC-EVs也成為新一代研究和探索的重點，以便在治療疾病時獲得更有針對性的特異性。如圖3所示，CAS數據庫檢索2017-2021年外泌體在不同研究領域的論文情況，表明EVs在治療和診斷領域中應用研究的文章發(fā)表呈逐年遞增情況，其中，EVs的靶向遞送研究穩(wěn)居C位，數量高達6000+篇。
 

圖3. 外泌體在不同研究領域的論文情況及趨勢

此外，來自美國化學協會的學者收集并總結了部分投身于開發(fā)EVs靶向性功能的公司在靶向不同疾病類型的布局，其中癌癥、神經系統疾病、肺部疾病和傷口愈合是最受關注的疾病類型（如圖4所示)。
 

圖4. 有潛力的外泌體治療公司和靶向的疾病類型

來自華南理工大學的研究者們通過疏水插入法將纖維蛋白靶向肽CREKA修飾到MSC-EVs表面，顯著提高了MSC-EVs在骨缺損部位的富集和停駐，調節(jié)炎癥反應和促進細胞成骨分化以實現骨骼組織的修復。該研究表明靶向修飾在骨組織修復中具有很大的應用價值，為提高MSC-EVs的治療效率提供了一種新的策略。

位于美國加州的Aetholon Medical公司另辟蹊徑，開發(fā)了一款名為Hemopurifier的研究性醫(yī)療設備。Hemopurifier將細胞膜分離技術和親和層析(affinity chromatography)技術結合在一起，可特異性地從血液循環(huán)系統中捕捉表面具有特定聚糖修飾的納米顆粒，而病毒以及腫瘤來源的EVs往往正是通過這些聚糖修飾逃逸免疫系統。Hemopurifier在黏附和捕獲表面修飾聚糖的EVs和病毒顆粒的同時，將血細胞再次送回到患者體內。該技術獲得美國FDA授予的突破性設備(Breakthrough Device)認定。Aethlon公司已經通過實驗證明Hemopurifier能夠捕捉多種類型腫瘤分泌的EVs，其中包括乳腺癌、卵巢癌和轉移性黑色素瘤。迄今為止，Aetholon Medical已使用該技術用于多種癌種、埃博拉、丙型肝炎、HIV和COVID-19等疾病的治療。
基于MSC-EVs的臨床治療試驗

EVs的研究已經從實驗室開始進入臨床階段。Clinical trials網站數據顯示，截至文章發(fā)表時共有59個注冊在案的基于EVs的治療項目處于臨床試驗階段，其中超過60%的項目為MSC-EVs。如表1所示，排名靠前的研究項目包括肺部疾病(11項臨床試驗)、SARS-CoV-2感染(9項臨床試驗)、癌癥、心臟病和神經系統疾病(均有4項臨床試驗)。其中，FDA已授權Direct Biologics公司的骨髓MSC-EVs治療產品ExoFlo再生醫(yī)學先進療法，用于治療COVID-19急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)(NCT04657458)。它還在對潰瘍性結腸炎(NCT05176366)、克羅恩病和腸易激病(NCT05130983) 、實體器官移植排(NCT05215288)和輕/中度COVID-19(NCT05125562) 進行臨床試驗。Aruna Biomedical公司正在研究神經干細胞來源的外泌體(neuralstem cells derived extracellular vesicles, NC-EVs)，用于治療卒中以及其他神經系統和神經退行性疾病，候選基因AB126具有穿過血腦屏障的能力和中樞神經系統特異性。臨床前數據表明，NC-EVs在改善測試小鼠血栓栓塞性中風模型中的細胞、組織和功能結果方面比MSC-EVs更有效。

表1. 外泌體治療性臨床試驗（部分）

圖5. CAS數據庫中與化妝品（A）和食品（B）中外泌體應用相關的文獻發(fā)表趨勢

MSC-EVs已被證明在皮膚美容中發(fā)揮重要作用，如促進傷口愈合、緩解皮膚老化和防止疤痕形成等方面。源自誘導多能干細胞的EVs能夠調節(jié)MMP-1/3的表達并增強衰老皮膚成纖維細胞中I型膠原蛋白的表達。而來自脂肪干細胞的EVs能夠通過PI3K / Akt信號傳導途徑促進傷口愈合，并增加成纖維細胞中I型和III型膠原蛋白的數量。

多酚、維生素、多不飽和脂肪酸等生物活性化合物是常見的提高營養(yǎng)價值的食品補充劑。然而，它們的生物利用度差、水溶性較差和代謝改變可能會降低它們的效果。借由EVs作為載體，可實現其有效遞送。

展望
干細胞EVs在疾病治療的賽道儼然已成一匹黑馬，但是EVs如何與靶細胞通信，以及如何實現組織器官選擇性的潛在機制尚不清楚，而這些機制的研究是開發(fā)針對外泌體通訊的有效治療方法和開發(fā)工程外泌體衍生的治療載體的先決條件。此外，該領域尚無統一的分析表征標準、純化方法、表征技術及數據分析等的差異都會導致難以獲得穩(wěn)定且批間一致性良好的EVs。這些均是橫亙在EVs研究以及產業(yè)化道路上的問題。在此過程中，EVs的基礎研究以及新分析技術的迭代，有望為干細胞EVs療法帶來新的見解和策略，并可能激發(fā)下一代遞送系統的設計與開發(fā)。

截至目前，納米流式檢測技術已經進入由中國研究型醫(yī)院學會細胞外囊泡研究與應用分會圍繞SC-EVs制定的兩項全國團體標準中，以及由上海市生物醫(yī)藥行業(yè)協會依據協會制定的《間充質干細胞外泌體質量控制標準》(T/SBIAORG 001-2023)團體標準中，NanoFCM將緊跟行業(yè)發(fā)展，在外泌體大規(guī)模生產、純化工藝和表征質控等過程提供完整的解決方案。

參考文獻

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• 上海市生物醫(yī)藥行業(yè)協會.T/SBIAORG001-2023間充質干細胞外泌體質量控制標準[S].上海,上海市生物醫(yī)藥行業(yè)協會(sbia.org.cn）

• 部分數據來自于ClinicalTrials網站(ClinicalTrials.gov)