来自水果、蔬菜和草药的外泌体样纳米颗粒:治疗和药物传递的创新策略

文摘   2024-09-28 15:00   北京  

植物源性外泌体样纳米颗粒(Plant-derived exosome-like nanoparticles ,PELNs)是一类由植物细胞产生的天然纳米粒子,它们含有蛋白质、脂质、核酸和次级代谢产物。PELNs因其良好的生物相容性和低免疫原性,能够有效地跨越生物屏障,因此在生物医学领域,尤其是在疾病治疗和药物传递方面,显示出巨大的应用潜力。PELNs的生物相容性和低免疫原性使其成为药物传递的理想载体。它们可以被用作治疗剂,直接对疾病进行干预,也可以作为载体将治疗分子递送到特定的疾病部位。例如,PELNs已经被研究用于抗炎、抗肿瘤、保护再生、抗病毒和保肝等方面。此外,PELNs还可以作为药物递送载体,提高药物的溶解度、稳定性和生物利用度。总的来说,PELNs作为一种新兴的治疗剂和药物递送平台,具有巨大的发展潜力和应用前景。随着研究的深入和技术的进步,PELNs有望在未来的疾病治疗和药物递送中发挥更加重要的作用。

2024年8月浙江大学的高建青教授团队与浙江中医药大学附属宁波市中医院的陈宁刚副院长合作,在Theranostics杂志上发表了一篇题为《Exosome-like nanoparticles derived from fruits, vegetables, and herbs: innovative strategies of therapeutic and drug delivery》的综述文章。这篇综述文章综述了PELNs的制备方法和特性,并系统回顾了来自水果、蔬菜和草药的PELNs在疾病治疗和药物传递中的多样化作用。同时讨论了它们生产应用中的挑战,并探讨了这一快速发展的领域的未来前景。


恩博有话说

该综述探讨了PELNs在药物递送和疾病治疗中的应用,如PELNs在药物靶向释放、炎症调节和肿瘤治疗等方面的应用。另外,该综述也提到了PELNs在实际应用中需要解决的挑战,如药物载荷的精确控制和生产的规模化问题,并提出了未来研究的方向,这有助于读者理解该领域的未来发展趋势。


尽管文章提供了全面的综述,但可以进一步增加对PELNs临床前研究和临床试验的讨论,以及与传统药物传递系统(如脂质体、聚合物纳米粒子)的比较分析。可以探讨如何通过工程化手段改善PELNs的稳定性和靶向性,以及如何通过大规模生产降低成本。


详细内容

1.植物来源的外泌体样纳米粒子(PELNs)的生物合成过程。

植物来源的外泌体样纳米粒子(PELNs)的生物合成过程,包括三个主要的途径:

液泡途径(Vacuolar pathway):


液泡含有水解酶和防御成分,与质膜融合,释放抗菌蛋白和水解酶进入细胞外空间,作为对病原体入侵的防御策略。

多泡体(MVBs)途径

质膜向内出芽,形成内吞体,进而与内质网、高尔基体和线粒体的成分融合,形成早期内体。

早期内体成熟后形成晚期内体,也称作MVBs,将货物包裹在囊泡内。

MVBs可以与溶酶体融合导致降解,或者与质膜融合,释放囊泡内容物到细胞外。

外泌体胞外阳性细胞器EXPO途径

EXPO是一种双膜结构,介导从细胞质到细胞壁的外泌作用。

EXPO与质膜融合后释放单膜囊泡,包括外泌体,进入细胞壁。



2.PELNs的提取方法以及pHPELNs提取的影响

(A) 超速离心法,(B)密度梯度离心法,(C)超滤法和(D)尺寸排除色谱法。摘自文献175,版权所有2024年,Biomedicine & Pharmacotherapy,经允许使用。(E)显微照片,(F)总产量,(G)平均粒径,和(H)不同pH条件下分离的姜PELNs的平均zeta电位。


提取方法

A.超速离心法:这是一种常用的PELNs提取方法,通过高速旋转产生离心力,使纳米粒子沉降。

B.密度梯度离心法:使用不同密度的介质进行离心,使PELNs按密度分层,从而实现分离。

C.超滤法:利用半透膜过滤掉较大的颗粒,提取特定大小范围内的PELNs。

D.尺寸排除色谱法:基于粒子大小进行分离,较大粒子先被洗脱,较小粒子后被洗脱。


pH对姜PELNs提取的影响

E.显微照片:展示了在不同pH条件下提取的姜PELNs的显微图像。

F.总产量:展示了在不同pH条件下提取姜PELNs的总量。

G.平均粒径:展示了在不同pH条件下提取的姜PELNs的平均粒径。

H.平均zeta电位:展示了在不同pH条件下提取的姜PELNs的平均zeta电位。


结果表明,提取方法和pH值对PELNs的提取效率、粒径和表面电荷等特性有显著影响。通过优化这些参数,可以提高PELNs的提取质量和产量,进而影响其在生物治疗和药物传递中的应用效果。



3.PELNs组成和摄取机制。

PELNs的组成

展示了PELNs中包含的主要生物分子,如磷脂酸(PA)、磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰乙醇胺(PE)、糖鞘脂(GSL)、神经酰胺(SM)以及热休克蛋白(HSP)和RNA结合蛋白(RBPs)等。

PELNs的摄取机制

直接与目标细胞膜融合:PELNs与目标细胞的质膜直接融合,将它们的有效载荷释放到细胞质中。

通过内吞作用内部化:PELNs通过内吞作用进入目标细胞,随后将有效载荷释放到细胞质中。

与目标细胞膜上的受体结合:PELNs通过与目标细胞表面的受体结合,触发受体-配体相互作用和下游信号传导级联,激活目标细胞。



4.人参来源的PELNs对肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)的影响以及它们在肿瘤微环境中对免疫细胞的调节作用。

人参PELNsTAMs的影响

A. 流式细胞仪分析:展示了人参PELNs处理对M2型巨噬细胞表面标志物表达的影响。

B. M1和M2标记基因的定量mRNA表达:展示了人参PELNs如何影响M1和M2型巨噬细胞相关基因的表达。

C. 热图分析:展示了人参PELNs对M2样巨噬细胞中M1-M2相关基因表达的影响。


人参PELNs免疫细胞的影响

D. 单细胞测序分析:展示了人参PELNs(G组)和对照组(V组)对MC38小鼠癌症中免疫细胞比例的影响。

E. 热图显示:展示了CD8+ T细胞亚群(包括naive T、CD8 Teff和CD8 Tex)中细胞毒性、趋化因子、天然和抑制性受体的表达情况。



5.姜来源的PELNs被肠道细菌摄取的情况以及它们对肠道细菌mRNA和蛋白质表达的调节作用。

PELNs的摄取

A. 代表性共聚焦显微镜图像:展示了喂食姜PELNs的小鼠粪便样本的共聚焦显微镜图像(比例尺:10 μm),以及流式细胞仪定量结果。

B. 共聚焦显微镜图像和流式细胞仪定量结果:展示了姜PELNs与LGG菌落(李糖乳杆菌Lactobacillus rhamnosus GG)共定位的情况(比例尺:10 μm)。


LGG mRNA表达的影响

C. 热图:展示了姜PELNs(GELNs)对LGG mRNA表达的影响,该结果是基于下一代测序技术得出的。

D. 维恩图:展示了在LGG中检测到的所有mRNA。


LGG蛋白质表达的影响

E. 热图:基于液相色谱-质谱(LC-MS)数据,展示了GELNs对LGG蛋白质表达的影响。

F. 维恩图:展示了在LGG中检测到的所有蛋白质。



6.姜来源的PELNs中包含的miRNA针对SARS-CoV-2病毒RNA的潜在靶向作用

PELNsmiRNA的靶向作用

A. 示意图:展示了姜PELNs中miRNAs在SARS-CoV-2病毒基因组中的潜在结合位点的表示和定位。

B. 预测的互补配对:展示了姜PELNs中的rlcv-miR-rL1-28-3p和aly-miR396a-5p与SARS-CoV-2病毒的spike基因(B部分)和Nsp12基因(C部分)内的靶区域之间的预测互补配对。

C. 与B部分中内容相关,可能涉及miRNA种子区域在目标RNA内的配对突变。



7.基于植物来源的外泌体样纳米粒子(PELNs)的生物模拟药物递送系统


生物模拟药物递送系统

A. 示意图:展示了基于PELNs的药物递送系统的结构和工作原理。

B. 激光共聚焦显微镜图像:展示了PELNs与CCR6-GMSCs(过表达CCR6的牙龈来源间充质干细胞)外泌体的共定位(比例尺:2 μm)。


药物递送系统的应用

C. 示意图:展示了将葡萄柚来源的PELNs与负载阿霉素(doxorubicin)的肝素纳米粒子(DNs)结合的策略,以提高药物递送效率。

D. 透射电子显微镜图像:展示了DNs、葡萄柚来源脂质PELNs和PELNs-DNs的形态。


关于恩泽康泰

北京恩泽康泰生物科技有限公司成立于 2017 年,坐落于被誉为“中国药谷”的北京大兴生物医药产业基地,是致力于外泌体技术开发与临床转化的创新型高科技公司。恩泽康泰将十余年的外泌体基础研究与分子生物学、细胞生物学及生物信息学相结合,建立了具有自主知识产权的三大外泌体研究与应用平台:外泌体组学平台 Exoomics®—面对研究型医院及科研机构提供外泌体产品 / 试剂盒及外泌体科学研究整体解决方案;工程化外泌体平台 Echosome®—面对生物医药企业提供工程化外泌体载体设计开发、药物装载、靶向改造等 CRO服务;外泌体 CMC 平台 EchoPharm®—面对生物医药企业提供工程化外泌体的CDMO服务及原料生产。 
公司成立以来累计获得多轮数亿元融资,现已建成超 3000 平米的外泌体 GMP 生产车间,并与国内外上千家医院、科研院校及生物企业建立合作,合作发表论文200+篇,处理不同类型的样本4万+例,申报国内外发明专利30+件,获有“国家级专精特新小巨人企业”、“博士后科研工作站”、“国家高新技术企业”、“中关村金种子企业”、北京市知识产权试点单位”等荣誉。
公司致力于通过提供系统的外泌体研究与应用解决方案,赋能临床科研,加速产业转化,并通过持续的创新和严格的质量要求,让外泌体科技推动医学发展,造福美好生活!


恩泽康泰
恩泽康泰是致力于外泌体技术开发与临床转化的科技型公司,提供外泌体多组学研究解决方案,基于工程化外泌体平台赋能外泌体创新药研发,建有3000平米外泌体GMP车间,可提供工程化外泌体载体设计开发、药物PCC开发等CRO及CDMO服务。
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