引言：细胞治疗在眼科领域取得了许多研究进展，但细胞的存活率较低以及病理微环境对治疗细胞功能的负面影响限制了该技术的临床转化，而外泌体在病理微环境中更稳定。北京朝阳医院陶勇教授联合中国科学院马光辉院士和魏炜教授团队开发了一种“类细胞”技术，模仿细胞连续释放治疗性外泌体。该题为研究论文“Exosome-loaded degradable polymeric microcapsules for the treatment of vitreoretinal diseases”已于国际知名学术杂志Nature系列子刊Nature Biomedical Engineering发表，包晗硕士及田颖博士为共同第一作者。
研究人员从细胞上清液中分离外泌体（Exo），将Exo装载到可以自愈合的多孔微胶囊（Cap）中，产生类细胞材料“ExoCap”。Exo被密封于Cap内部的多孔结构中，随着ExoCap的逐渐降解，持续释放Exo。对比分析发现，ExoCap释放的Exo保留了高度生物活性，经过冻干/再水和循环过程后仍然保持活性，证明了ExoCap材料的稳定性。
图1 自愈合之前和之后的ExoCap以及内部多孔结构的扫描电镜图像
从小鼠间充质干细胞（MSCs）上清液中提取外泌体（MExo）构建MExoCap。构建体外RIRI细胞模型，发现造模早、中、晚期，MExoCap释放的外泌体被吞噬程度与新鲜外泌体被吞噬程度相似，且均降低了损伤模型的细胞凋亡率、提高了细胞活性。随后，团队在RIRI小鼠模型中进行了眼内注射实验，发现MExoCap主要沉积在玻璃体腔下方，而释放的MExo则在视网膜前累积，有效避免了活细胞注射后黏附于晶体后表面及积聚在前部玻璃体腔中对视野的影响。与体内直接注射MSCs相比，MExoCap释放的MExo在损伤模型体内保持了更高的生物活性。实验发现，MExoCap有效阻止了RIRI模型的视网膜凋亡，且疗效优于其他干预组。
图2 MExoCap在眼内的药物分布和稳定性情况。a. 体内注射的实验设计图；b-c. 注射后体内荧光信号提示MExoCap在体内缓慢降解，长效释放外泌体；d-e. 眼内注射3天后各剂型在眼内的分布情况，MExoCap主要沉积于玻璃体下方，对视网膜几乎没有遮挡效应；f. 眼内注射7天后MSCs分泌的Exo明显少于MExoCap，而MExoCap分泌的Exo生物活性与新鲜MExo活性无显著差异。
图3 MExoCap对RIRI模型视网膜的保护作用。a. 单次眼内注射PBS或MExoCap后视网膜组织的转录组分析，治疗组凋亡相关基因表达显著下调，与生存和视觉功能相关的基因表达上调；b-g. 不同治疗方案组的视网膜凋亡情况、视网膜厚度情况、内核层细胞数量以及电生理b波振幅，均提示MExoCap 的疗效优于其他方案。
分离Treg细胞上清液中的外泌体，构建TrExoCap。在小鼠和食蟹猴PMU模型中，TrExoCap表现出抗炎效应和促进视觉功能恢复的效应。在食蟹猴PMU模型中，进一步检测了房水中炎症因子水平，发现TrExoCap显著降低了房水中IL-1β、IL-6、IL-8以及TNF水平，并且对眼压及其他血液参数无明显影响，提示TrExoCap良好的安全性。
图4 小鼠PMU模型中各治疗组的炎症细胞情况及视功能情况。TrExoCap显著减少了炎症细胞数量，有效促进了视功能恢复。
图5 食蟹猴PMU模型中各治疗组的房水炎症因子水平、眼底彩照评估炎症情况以及视功能情况。TrExoCap显著降低了炎症水平，有效促进了视功能恢复。
本研究开发了ExoCap新剂型，可以长效释放外泌体，具有良好的安全性和有效性。且该技术具备一定的通用性，通过搭载不同细胞来源的外泌体，或者将不同来源的外泌体按比例组合，有望将其技术扩展到更复杂的玻璃体视网膜疾病的个性化临床治疗中，具备良好的临床转化前景。
信 源
Bao H, Tian Y, Wang H, et al. Exosome-loaded degradable polymeric microcapsules for the treatment of vitreoretinal diseases. Nat Biomed Eng. Published online October 23, 2023. doi:10.1038/s41551-023-01112-3
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