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▎药明康德内容团队编辑
细胞外囊泡（extracellular vesicle，EV）是细胞间通讯的重要介质，利用生物工程技术定制EV内容物或表面（如miRNA，蛋白等）而获得的工程化外囊泡（engineered EV），可以成为具有高递送效率和靶向性的递药系统，在细胞和基因治疗等方面显示出巨大潜力。当前主流的EV生产技术是改造供体细胞使其分泌特定类型的EV。然而，EV内装载的货物及其分泌行为受到严格调控，因此往往单细胞产量低、目标药物装载效率低，使治疗性EV的临床应用受到限制。针对工程化EV生产的两大难题，北京航空航天大学常凌乾教授、牟玮教授与山东大学刘招舰教授合作，带领研究团队设计了一种纳米生物芯片——PURE平台，可显著提高工程化EV的产量，同时提高EV内目标基因药物的含量，为治疗性EV工程化提供了一种高效、高质量的新技术。研究成果近日发表于ACS Nano。![]()
该纳米芯片平台系统集成了细胞外囊泡生产（P区）、吸收（U区）和氨离子清除（RE区），以确保从生产到富集、再到代谢废物去除的每一步都能高效运行。具体来说，在P区，供体细胞种植于纳米孔道阵列表面，通过“纳米电穿孔技术”将目标基因药物递送进供体细胞内。纳米电穿孔还可以刺激细胞大量分泌含有目标基因药物的EV。在U区，使用甲基丙烯酸酯（GelMA）-壳聚糖水凝胶，通过静电作用吸引，有效收集和富集呈负电性的工程化EV。同时，U区域为细胞组织培养提供三维支架，可以进行芯片上细胞及组织三维培养。在RE区，仿照肝脏解毒功能，利用反向特斯拉阀微通道培养肝细胞，显著减缓流速，并充分吸收培养系统中的代谢废物铵离子，从而保证EV的高质量获取。![]()
▲PURE平台结构、工作原理和应用场景（图片来源：研究团队提供）研究者从单细胞EV分泌量和目标药物的装载效率这两个指标评估了PURE平台生产工程化EV的能力。实验显示，PURE技术施加一次电递送/电刺激，供体细胞的EV产量是细胞自然分泌EV量的12倍。通过实时控制培养环境内的氨离子，PURE平台有效地提高了供体细胞高分泌活性和代谢废物清除效率，最终工程化EV内目标药物（miR-130a）的含量，约是自然状态下细胞EV的146倍，约是脂质体转染后细胞分泌EV的27.8倍。![]()
▲PURE有效提升单细胞EVs产量及EV内目标基因药物含量（图片来源：研究团队提供）
论文还展示了PURE平台的潜在临床应用场景。在体外三维培养的卵巢组织中，利用富含miR-130a的工程化EV激活卵泡mTOR信号通路，可显著提高原始卵泡体外激活。进一步将富含miR-130a的工程化EV的多孔水凝胶植入到衰老小鼠体内，可实现4周内EV稳定缓释，显著改善了衰老小鼠卵巢内卵子老化和抗米勒氏管激素（AMH）降低等问题，为治疗早衰卵巢功能不全（POI）提供新方法。![]()
▲PURE实现原始卵泡体外激活以及衰老小鼠体内植入后改善卵巢功能（图片来源：研究团队提供）论文总结说，PURE平台代表了EV介导疗法的临床转化策略。“PURE为临床上的治疗性EV工程化提供了一种高效、高质量的新技术，具有广泛的适用性，如蛋白质、mRNA、DNA或分子药物等，有望在将在靶向基因治疗、蛋白替代治疗和化学治疗等领域得到广泛应用。”研究作者指出。
Yuqiong Wang et al., (2024) Efficient, High-Quality Engineering of Therapeutic Extracellular Vesicles on an Integrated Nanoplatform. ACS Nano Doi: https://doi.org/10.1021/acsnano.4c04730
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