外泌體是一種由細(xì)胞產(chǎn)生的納米級細(xì)胞外囊泡，可作為天然的藥物載體，與目前廣泛使用的納米載體相比，其具有納米級尺寸、可生物降解、無毒、內(nèi)源性、免疫原性低、載貨能力強(qiáng)、能夠穿越血腦屏障等優(yōu)點(diǎn)。
面對高死亡率且易復(fù)發(fā)的腦膠質(zhì)瘤，化療藥該如何突破血腦屏障，直達(dá)病灶并精準(zhǔn)地鎖定腫瘤細(xì)胞？
近日，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所（以下簡稱中科院蘇州納米所）程國勝研究員團(tuán)隊(duì)設(shè)計開發(fā)了一種經(jīng)過工程化改造的外泌體，可以裝載化療藥物穿透血腦屏障，并可同時靶向作用于血腦屏障的內(nèi)皮細(xì)胞表面和腦內(nèi)膠質(zhì)瘤細(xì)胞。
相關(guān)研究論文發(fā)表在《細(xì)胞外囊泡雜志》上。
近幾年，外泌體領(lǐng)域的研究持續(xù)升溫，是各大生物企業(yè)與投資方的“新寵”，尤其在工程化改造外泌體賽道上幾乎是“一片藍(lán)海”，而程國勝團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型工程化載藥外泌體可提高針對腫瘤病灶區(qū)的靶向性，從而提高治療藥物在病灶區(qū)的濃度，以實(shí)現(xiàn)最佳的治療效果，這為工程化改造外泌體治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供了新視角和新思路。
兩種屏障阻礙化療藥物到達(dá)病灶
腦膠質(zhì)瘤是指起源于腦神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的腫瘤，是最常見的原發(fā)性顱內(nèi)腫瘤。我國腦膠質(zhì)瘤年發(fā)病率為10萬分之5至10萬分之8，五年病死率在全身腫瘤中僅次于胰腺癌和肺癌，對人類生命健康造成巨大危害。
目前，腦膠質(zhì)瘤治療以手術(shù)切除為主，但由于腫瘤的高侵襲性、快速生長和增強(qiáng)的血管生成能力，腦膠質(zhì)瘤無法通過常規(guī)手術(shù)切除干凈，導(dǎo)致預(yù)后不良和生存時間短。
為了有效抑制腫瘤生長、延長患者的生存期，化學(xué)藥物療法（以下簡稱化療）成為手術(shù)切除治療后，治療腦膠質(zhì)瘤最主要的手段之一。然而，化療藥物想要直達(dá)腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞，卻不得不面對兩道天然的生物障礙，即血腦屏障和血腦腫瘤屏障。
“這兩種屏障嚴(yán)重阻礙了化療藥物通過，特別是血腦屏障幾乎阻礙了所有大分子和98%小分子藥物進(jìn)入腦腫瘤區(qū)域，極大削弱了化療的效果。”團(tuán)隊(duì)成員、中國科學(xué)院蘇州納米所博士研究生朱展翅介紹。
另外，大多數(shù)傳統(tǒng)抗癌藥物本身具有很強(qiáng)的生物毒性，科學(xué)家需要解決的不僅僅是把化療藥物輸送到病灶，還要降低其在運(yùn)輸過程中對人體的生物毒性，這些都是藥物遞送體系亟須解決的問題。
外泌體擔(dān)當(dāng)藥物“快遞員”潛力大
外泌體是一種由細(xì)胞產(chǎn)生的納米級細(xì)胞外囊泡，尺寸在30—150納米，富含來自親本細(xì)胞的蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)等生物活性成分，在細(xì)胞間信號傳遞中發(fā)揮著重要作用。
然而，在20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)外泌體時，它被認(rèn)為是細(xì)胞代謝的“垃圾”。隨著人們對外泌體研究的不斷深入，2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予在對囊泡運(yùn)輸?shù)恼{(diào)節(jié)機(jī)制研究中作出貢獻(xiàn)的3位科學(xué)家，此時外泌體受到前所未有的關(guān)注。
近些年，隨著產(chǎn)業(yè)化和研究的推進(jìn)，外泌體更是迎來巨大的“風(fēng)口”。目前，對外泌體的應(yīng)用探索主要在疾病的診斷與治療兩個方向上。其中，外泌體作為藥物遞送載體是大家最為關(guān)注的方向。
程國勝告訴科技日報記者，外泌體是幾乎所有細(xì)胞都能分泌的納米級細(xì)胞外囊泡，可以作為天然的藥物載體，與目前廣泛使用的納米載體（如脂質(zhì)體、高分子納米載體等）相比，外泌體具有納米級尺寸、可生物降解、無毒、內(nèi)源性、免疫原性低、載貨能力強(qiáng)、能夠穿越血腦屏障等優(yōu)點(diǎn)。
但是，外泌體也并非完美無缺，它在缺乏特異性修飾的情況下，缺少天然的靶向能力。同時，在靜脈給藥方式下，大部分外泌體由于無特異性靶向，會被肝臟“吃掉”，導(dǎo)致外泌體藥物遞送效果大打折扣。
因此，想要將外泌體作為藥物載體應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療，研究人員就必須為外泌體開發(fā)腫瘤特異性和組織器官特異性的靶向功能，來提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病病灶區(qū)域的藥物濃度，從而實(shí)現(xiàn)增效減毒。
距離正式“上崗”還有很長的路要走
程國勝介紹，他們針對外泌體自身具有的特性和治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的需求，開發(fā)出具有Angiopep-2和TAT雙重靶向功能化外泌體，并應(yīng)用于腦膠質(zhì)瘤治療研究。
其中，Angiopep-2多肽可以特異靶向低密度脂蛋白受體（LRP-1）,而LRP-1在腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞和腦血管內(nèi)皮細(xì)胞表面均具有高表達(dá)水平。另外，跨膜多肽TAT可以進(jìn)一步提高外泌體血腦屏障的滲透性和腫瘤組織的穿透性。
研究團(tuán)隊(duì)分別利用體外單細(xì)胞培養(yǎng)、Transwell（一種膜濾器）構(gòu)建的體外血腦屏障模型、體內(nèi)小鼠皮下腦膠質(zhì)瘤模型和原位腦膠質(zhì)瘤模型，證實(shí)工程化外泌體可以高效滲透血腦屏障，并對腦膠質(zhì)瘤病灶區(qū)具有優(yōu)良的靶向遞送能力。
此外，為了評估負(fù)載阿霉素的雙重靶向功能化外泌體的功效，研究團(tuán)隊(duì)通過尾靜脈給藥方式對疾病模型小鼠注射負(fù)載阿霉素的雙重靶向功能化外泌體，并進(jìn)行21天的治療與觀察。
團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，雙重靶向功能化外泌體能夠提高藥物治療原位腦膠質(zhì)瘤效率，顯著抑制腦膠質(zhì)瘤的生長，可有效延長小鼠的生存期。同時，雙重靶向功能化外泌體可以有效降低藥物治療的毒副作用。
作為生物醫(yī)藥領(lǐng)域新興的研究對象，外泌體的研究還存在著很多局限性，未來對外泌體的研究還有很長的路要走。
程國勝告訴記者，目前實(shí)驗(yàn)室主要采用超速離心方式分離純化外泌體，但通過這種方式獲得外泌體的產(chǎn)量和效率太低，如何通過細(xì)胞工程和篩選方式的改進(jìn)來提高外泌體產(chǎn)量，是外泌體領(lǐng)域的重點(diǎn)研發(fā)方向。
同時，相對其他遞送載體，外泌體的毒性作用很低，但不同細(xì)胞來源的外泌體差異性比較大，外泌體應(yīng)用到疾病治療中的安全性還需要更多前期工作的評估；外泌體來源于細(xì)胞，那么必將攜帶宿主細(xì)胞的各種物質(zhì)，外泌體作為載體時，這些內(nèi)含物是如何發(fā)揮作用的？或者說如何盡可能去除內(nèi)含物的干擾也是外泌體作為載體工具面臨的問題。
另外，肝臟作為人體新陳代謝最重要的器官，幾乎所有的藥物遞送載體都會被運(yùn)輸?shù)礁闻K，這對外泌體應(yīng)用于肝臟疾病的治療非常有優(yōu)勢，但對于治療其他組織或者器官來說，將不得不面對肝臟截留的難題，如何讓外泌體從肝臟有效逃逸仍需要深入研究。
