藥物輸送係統：外泌體 & 脂質體

外泌體(ti) 是廣泛分布在組織中的天然納米顆粒，可以由所有已知的細胞產(chan) 生。外泌體(ti) 是包裹在脂質雙層膜中的納米級細胞外囊泡，由大多數真核細胞分泌，具有的特性——固有的穩定性、低免疫原性、生物相容性和良好的生物膜穿透能力——使其能夠作為(wei) 高效的天然納米載體(ti) 。越來越多的研究表明，外泌體(ti) 可以調節多種生物學功能，是臨(lin) 床診斷中生物標誌物的重要來源。

1. 外泌體的介紹

外泌體(ti) 是細胞內(nei) 多泡體(ti) （MVB）與(yu) 細胞膜融合後釋放到細胞外基質中的膜性囊泡，可以運輸豐(feng) 富的蛋白質、脂質、DNA、RNA等物質。在自然界中，外泌體(ti) 保護和傳(chuan) 遞功能性大分子，包括核酸、蛋白質、脂質和碳水化合物。外泌體(ti) 通過將大分子轉移到受體(ti) 細胞或激活信號通路來改變受體(ti) 細胞的行為(wei) 。如轉錄與(yu) 翻譯、組織修複、免疫平衡、細胞分化與(yu) 再生、細胞凋亡、細胞遷移、代謝調控、微生物環境等，這些遠遠不能涵蓋近年來學術界廣泛的研究工作。 

外泌體(ti) 堪稱“正邪兼備"的“多麵手"，疾病的發生發展離不開它，免疫功能也離不開它，疾病診斷有時需要它，也可以用來製造疫苗。更多“壞"和“好"外泌體(ti) 仍在被發現，更多外泌體(ti) 的作用也在不斷探索。最近的研究表明外泌體(ti) 作為(wei) 無細胞療法的潛在用途，這可能為(wei) 解決(jue) 臨(lin) 床難題提供新策略。

越來越多的研究表明，外泌體(ti) 在細胞間的長距離通訊中發揮著至關(guan) 重要的作用，因為(wei) 它們(men) 可以通過循環係統到達其他細胞和組織，產(chan) 生遠程調節。因此，人們(men) 對外泌體(ti) 的功能及其作為(wei) 小分子治療載體(ti) 的潛在應用產(chan) 生了極大的興(xing) 趣。本文討論了外泌體(ti) 作為(wei) “天然納米顆粒"用於(yu) 遞送藥物和基因的潛力，並比較了其與(yu) 脂質體(ti) 的優(you) 缺點。

圖1 通過外泌體(ti) 進行細胞間通訊

2. 外泌體作為載體的優勢和潛力

為(wei) 了實現藥物或基因遞送，重要的是要考慮所使用的載體(ti) 類型。外泌體(ti) 載體(ti) 結合了細胞藥物遞送和納米技術的優(you) 點，可實現高效藥物遞送。與(yu) 細胞療法相比，外泌體(ti) 更容易儲(chu) 存，可以降低安全風險。外泌體(ti) 可以從(cong) 患者體(ti) 液或細胞培養(yang) 物中分離出來，進行修飾並轉移回同一患者體(ti) 內(nei) 。

人們(men) 對外泌體(ti) 作為(wei) 藥物載體(ti) 的期待源於(yu) 外泌體(ti) 的結構。其結構簡單，外部是由磷脂雙層組成的膜，膜內(nei) 分布有豐(feng) 富的蛋白質，內(nei) 部是空腔，可負載大分子、小分子和核酸。空腔是我們(men) 可以用來 輸送藥物的空間。外部蛋白質的存在是非常有價(jia) 值的。一方麵，它可以提供低免疫原性和可重複給藥的巨大潛力。另一方麵，這些蛋白質可用於(yu) 表麵修飾、負載大分子和改善靶向性。

圖2 外泌體(ti) 結構

外泌體(ti) 的醫學潛力主要包括三大方向（圖3）：

A.外泌體(ti) 在診斷預防中的潛力：從(cong) 病例微環境中提取的外泌體(ti) 可用作診斷特定疾病和損傷(shang) 的生物標誌物。

B. 外泌體(ti) 的醫療潛力：外泌體(ti) 由多種細胞產(chan) 生，並以多種方式與(yu) 靶細胞相互作用，產(chan) 生醫療作用。

C.外泌體(ti) 的藥物遞送潛力：外泌體(ti) 可用於(yu) 遞送多種藥物，如RNA、蛋白質和小分子。
 

圖3 外泌體(ti) 的潛在應用

3. 外泌體的攝取和潛在靶向

外泌體(ti) 起源於(yu) 晚期內(nei) 吞作用，可以擴散到細胞間液中。外泌體(ti) 可以通過與(yu) 靶細胞快速融合或受體(ti) 介導的內(nei) 吞作用來運輸物質。到達特定受體(ti) 細胞後，外泌體(ti) 表麵分子與(yu) 膜受體(ti) 結合，包括細胞間粘附分子、淋巴細胞功能相關(guan) 抗原 1 和 TIM1 (TIM4)。最後，外泌體(ti) 的內(nei) 容物被釋放到細胞質中，引起受體(ti) 細胞的細胞內(nei) 區室的變化。分泌的外泌體(ti) 可能通過三種潛在機製被靶細胞吸收（圖 4）。

A. 通過細胞膜的簡單融合。

B.內(nei) 吞作用。

C. 通過特定表麵配體(ti) 激活靶細胞。外泌體(ti) 中的一些蛋白質成分可能有助於(yu) 保護層和穩定囊泡結構的形成，並可能攜帶靶向信息。

圖4 靶細胞攝取外泌體(ti) 的機製
（來源：參考文獻[2]）

4. 脂質體和外泌體給藥的比較

將治療劑輸送到作用部位的主要挑戰是脫靶毒性、快速清除以及靶組織、細胞或細胞器中的低積累和生物利用度。為(wei) 了克服這些挑戰，過去幾十年來開發了多種合成遞送載體(ti) （脂質體(ti) 、脂質納米顆粒、聚合物膠束、無機納米顆粒、樹枝狀聚合物等），其中一些已獲得臨(lin) 床批準。在所有可用的納米顆粒圖譜中，迄今為(wei) 止市場上最成功且經臨(lin) 床批準的載體(ti) 是脂質體(ti) 。由於(yu) 脂質體(ti) 和外泌體(ti) 之間的相似性，接下來將比較兩(liang) 者的理化性質和藥物遞送能力。  

A.脂質體(ti) ：將脂質藥物負載到雙層膜中；可以摻入配體(ti) 以增加組織靶向特異性；親(qin) 水性藥物可以負載在脂質體(ti) 的腔內(nei) 。 Onpattro 是美國食品和藥物管理局 (FDA) 批準的第一個(ge) 裝載 siRNA 的脂質納米顆粒，由可電離脂質、膽固醇、聚乙二醇化脂質和輔助脂質組成。

B.外泌體(ti) ：可以將蛋白質、親(qin) 水性藥物和核酸（miRNA、siRNA、mRNA等）裝載到囊泡的腔內(nei) ，同時可以將靶向配體(ti) 、膜蛋白和親(qin) 脂性藥物摻入膜中。

圖5 脂質體(ti) 和外泌體(ti)

物理特性、生產和質量控製

脂質體(ti) 在結構上與(yu) 外泌體(ti) 相似，因為(wei) 它們(men) 由脂質雙層組成。類似地，外泌體(ti) 可以在脂膜雙層內(nei) 攜帶疏水性藥物，在水性核心內(nei) 攜帶親(qin) 水性藥物。此外，臨(lin) 床批準的脂質體(ti) 大小約為(wei) 100 nm，與(yu) 外泌體(ti) 類似。此外，脂質體(ti) 的大小允許靜脈內(nei) 給藥並在細胞攝取後外滲到身體(ti) 的某些部位。

盡管脂質體(ti) 和細胞外囊泡 (EV)有相似之處，但它們(men) 作為(wei) 藥物遞送載體(ti) 之間存在許多差異。與(yu) 外泌體(ti) 相比，臨(lin) 床使用的脂質體(ti) 由有限數量的脂質組成，但不含蛋白質和遺傳(chuan) 物質等細胞成分，因此在藥物質量控製和大規模生產(chan) 過程中相對容易處理。

然而，外泌體(ti) 富含鞘磷脂、膽固醇和溶血磷脂，因此外泌體(ti) 可以實現比在脂質體(ti) 中混合單個(ge) 成分更高程度的複雜性。此外，由於(yu) 膜和核心中存在生物分子，外泌體(ti) 中可能存在額外的結合袋用於(yu) 載藥。這對製造和質量控製提出了更高的要求，而迄今為(wei) 止，外泌體(ti) 的規模化在生產(chan) 和收獲方麵都具挑戰性。

外泌體和脂質體的體內給藥

納米顆粒（外泌體(ti) 和脂質體(ti) ）被單核吞噬細胞係統（MPS）快速清除。脂質體(ti) 代表可生物降解和生物相容性 DDS，具有非常通用的高通量製備和藥物封裝效率，允許凍幹和表麵修飾。為(wei) 了降低免疫原性並避免脂質體(ti) 快速被血液清除，廣泛使用聚乙二醇（PEG）表麵塗層，從(cong) 而允許在靶組織中積累更多物質。用 PEG 或 PEG 綴合的靶向配體(ti) 修飾外泌體(ti) 已被提議作為(wei) 增強外泌體(ti) 藥物遞送能力的有前途的策略。另一個(ge) 有趣的策略是選擇含有特定表麵蛋白（例如 CD47）的外泌體(ti) 子集。這種蛋白質在外泌體(ti) 中充當“不要吃我"的信號，可能使它們(men) 能夠繞過 MPS 並表現出更長的循環時間。

生物分布

市場上所有獲批的脂質體(ti) 藥物均依賴於(yu) 被動靶向，隻有一小部分主動靶向藥物已進入臨(lin) 床階段。這是因為(wei) ，即使當表麵配體(ti) 用於(yu) 靶向靶細胞上的特定受體(ti) 時，脂質體(ti) 的積累仍然被認為(wei) 是由稱為(wei) 增強滲透性和保留（EPR）效應的被動外滲過程決(jue) 定的。通過EPR效應，循環時間較長的脂質體(ti) 容易在腫瘤或受損心肌中積聚。

藥代動力學和藥效學（PK/PD）

PK/PD作為(wei) 基於(yu) 藥物生理藥理作用的模擬係統，可以為(wei) 藥物的治療效果提供有價(jia) 值的信息。與(yu) 遊離形式相比，藥物封裝在脂質體(ti) 中可防止快速清除並顯著改變藥物的 PK 特性。由於(yu) 表麵 CD47 的存在，與(yu) 脂質體(ti) 相比，外泌體(ti) 可能具有降低 MPS 介導的清除率的潛力，但還需要更多證據。由於(yu) 大規模外泌體(ti) 生產(chan) 的挑戰和內(nei) 源性外泌體(ti) 的存在，關(guan) 於(yu) 外泌體(ti) 的 PK/PD 特性的信息很少。全麵了解外泌體(ti) 作為(wei) DDS 的 PK/PD 特性對於(yu) 外泌體(ti) 進入臨(lin) 床至關(guan) 重要。

外泌體作為載體的挑戰

探索外泌體(ti) 臨(lin) 床應用的一個(ge) 關(guan) 鍵問題是，對於(yu) 獲得高產(chan) 量純外泌體(ti) 的最佳方法缺乏共識。這主要是由於(yu) 哺乳動物細胞釋放的外泌體(ti) 數量相對較少。此外，外泌體(ti) 的純化很麻煩。有多種方法可從(cong) 細胞培養(yang) 上清液或生物液體(ti) （如牛奶、尿液、血漿、羊水、唾液和腦脊液）中分離外泌體(ti) （見表 1）。這些方法各有優(you) 點和缺點。

要獲得高產(chan) 率的純外泌體(ti) ，首要途徑是擴大外泌體(ti) 的來源。除此之外，人們(men) 還努力將細胞和納米載體(ti) 的特性結合起來。此外，能夠在不破壞外泌體(ti) 的情況下增強各種貨物的裝載能力和靶向能力也非常重要。因此，許多研究人員致力於(yu) 開發合適的方法來修飾外泌體(ti) 以負載藥物或基因。

結論

近年來，外泌體(ti) 在生物醫學領域受到廣泛關(guan) 注，其易於(yu) 負載多個(ge) 分子、具有靶向性、工程化潛力、免疫原性低、適合重複給藥等。外泌體(ti) 作為(wei) 新的研究熱點，已成為(wei) 疾病診斷和治療的潛在有效方法，前景廣闊。當然，外泌體(ti) 有其自身的一些局限性。現階段外泌體(ti) 的研究並不豐(feng) 富，因此生產(chan) 率較低，這也是該領域需要改進的方向。盡管如此，使用外泌體(ti) 作為(wei) 藥物或基因遞送載體(ti) 仍處於(yu) 起步階段。我們(men) 相信，隨著外泌體(ti) 研究的深入，外泌體(ti) 療法最終可能會(hui) 導致藥物或基因遞送領域的重大突破。

Polyethylene glycol（PEG）因其“隱形"特性和生物相容性而被廣泛應用於(yu) 藥物輸送和納米技術。BiopharmaPEG一直專(zhuan) 注於(yu) 納米載體(ti) 係統（包括各類納米顆粒、脂質體(ti) 、膠束等）全係列醫療應用和技術的開發，在該領域積累了大量的數據模型和豐(feng) 富的研究經驗。基因疫苗和蛋白藥物納米載體(ti) 的構建和優(you) 化。