细胞外囊泡，又一篇Nature系列综述！

文摘 2024-12-21 20:09 湖北

细胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs）是细胞释放到细胞外环境中的小型膜结构囊泡。它们由脂质双层膜包围，大小通常在纳米至微米级别。细胞外囊泡可以由各种细胞类型释放，包括但不限于免疫细胞、癌细胞、干细胞，以及来自组织和器官的细胞。

细胞外囊泡的分类主要包括：

外泌体（Exosomes）：通常来源于细胞内的多泡体（multivesicular bodies, MVBs），在MVBs与细胞膜融合后释放到细胞外。

微囊泡（Microvesicles）：直接从细胞膜出芽形成并释放到细胞外。

凋亡小体（Apoptotic bodies）：细胞凋亡过程中释放的大型膜囊泡。

细胞外囊泡广泛应用于生物材料、药物传递纳米载体、治疗剂和多重生物标志物等领域。

细胞外囊泡（EVs）作为一种有潜力的生物医学工具，在应用上面临诸多挑战和局限性，包括其固有的异质性、分离和纯化难度、稳定性和规模化生产问题、免疫原性与安全性评估、质量控制和标准化缺失、靶向性递送效率提升需求以及生物标志物的发现和验证难题。

瑞士苏黎世联邦理工学院Paolo Arosio研究团队概述了细胞外囊泡的物理化学特性，包括它们的组成和构象集合，并描述了这些特性如何由它们的大小、组成、膜结构、表面相互作用、货物和共分离物的异质性定义。文章探讨了这种异质性对细胞外囊泡的纯度、身份和功能定义的影响。相关内容以“The physico-chemical landscape of extracellular vesicles”为题发表在《Nature Reviews Bioengineering》上。

【主要内容】

图1 抗体、腺相关病毒和细胞外囊泡（EVs）的物理化学性质

抗体、腺相关病毒和细胞外囊泡在生物医学领域中扮演着重要角色，它们的结构和属性决定了它们在生物体内的功能和应用。mAbs是一类具有高度特异性的免疫球蛋白，其稳定性受到多种因素的影响，包括蛋白质结构、浓度、温度等。AAVs作为基因治疗的载体，以其稳定的长期基因表达和广泛的组织嗜性而受到关注，制造过程中面临的挑战包括靶向特定组织或细胞类型、预存在的免疫反应以及高滴度的生产。EVs是细胞分泌的纳米级囊泡，它们在细胞间通讯、组织再生和免疫调节中发挥着重要作用，其物理化学属性如刚度、变形性、膜组成等决定了它们在细胞外基质（ECM）中的运输能力。EVs与ECM之间的相互作用，包括共价键和氢键，对EVs在组织中的命运至关重要，这些相互作用可以增强EVs在ECM中的稳定性，并影响其被细胞摄取的效率。此外，EVs的运输效率受到其自身物理化学性质和ECM结构的影响，深入了解这些相互作用对于开发新型生物材料和促进EVs在组织中的靶向递送至关重要。

图2 细胞外囊泡的物理化学和生物学性质

作者对EVs的物理化学特性如何决定其生物学功能做出了总结。这些特性包括EVs的大小、表面电荷、硬度、形态和共分离物等，它们共同影响EVs的稳定性、保护其携带的生物活性分子、免疫原性、体内清除速率、穿越生物屏障的能力、靶向特定细胞的能力，以及最终对细胞生理的影响。EVs的这些物理化学属性对于其在生物医学中的应用至关重要，如药物递送和细胞间通信。例如，EVs的大小和表面特性影响其在生物体内的分布和清除，而其硬度可能影响其与细胞的相互作用和内化。此外，EVs的表面分子允许它们特异性地靶向细胞，而其膜的组成和结构则影响其穿越如血脑屏障等生物屏障的能力。

图3 细胞外囊泡的制造

尽管EVs、mAbs和AAVs在生物加工中共享一些基本步骤，如细胞培养、浓缩和纯化，但EVs因其独特的物理化学属性和高度异质性，在生产过程中面临特定的挑战。EVs的生产通常涉及从细胞培养基中收获、通过过滤或聚乙二醇沉淀进行浓缩，以及通过超速离心或尺寸排阻色谱进行纯化。与AAVs类似，AAVs的生产也包括细胞培养、澄清和浓缩步骤，随后通过密度梯度超速离心或亲和色谱进一步纯化。作者强调EVs身份和纯度定义的复杂性，以及在大规模生产中保持EVs一致性和活性仍然存在挑战。

【全文总结】

本文综述了细胞外囊泡（EVs）的物理化学特性，探讨了这些特性如何影响EVs的分离、表征和大规模生产。文章比较了EVs与抗体治疗剂和病毒载体的物理化学景观，强调了EVs在大小、组成、膜结构、表面相互作用、货物和共分离物上的异质性，这些特性对定义EVs的纯度、身份和功能至关重要。文章还讨论了EVs的临床转化，包括活性与纯度的平衡、生物加工方法、产品质量属性和规模化生产的重要性。最后，文章提出了对EVs物理化学特性的深入理解是实现其临床应用的关键，包括开发新的分离技术、分析工具和标准化方法，以确保EVs产品的质量和一致性。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s44222-024-00255-5

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