天津医科&天津大学：利用血液外泌体作为载体高效靶向肿瘤共递送化药和核酸药物

近日，来自天津医科大学的康春生教授、天津大学侯信教授和赵瑾副教授合作在Theranostics杂志上发表文章，报道了工程化的血液外泌体作为肿瘤靶向和有效联合治疗可行的共递送纳米系统的潜力。这种工程策略不仅保留了外泌体固有特征，而且还易于将肿瘤靶向、有效转染和基因/化学联合疗法的多种特性整合到血液外泌体中。外泌体的脂质双层结构使它们可以同时负载Dox和miR-21i。此外，得益于磁性分子和L17E肽的整合，工程化的外泌体显示出增强的肿瘤聚集和改善的内体逃逸能力，从而特异且有效地将封装的货物递送至肿瘤细胞。在荷瘤小鼠中观察到显著的肿瘤生长抑制作用，并且没有明显的副作用。

在过去的几年中，已广泛证明将化学疗法和基因疗法整合在单个纳米平台中的纳米药物是癌症治疗的重要范例。设计这种纳米药物的关键是将具有不同功能的所需组件集成到一个纳米系统中。广泛使用的整合策略是基于各种材料合成方法，将纳米颗粒设计为可共同装载两种治疗剂的核-壳结构，并引入多个功能分子，例如聚乙二醇（PEG），靶向配体和阳离子电荷，以最大化其递送效率。此外，一些刺激响应的或多阶段纳米系统试图整合各种材料的功能，使所有组分协同工作，从而使它们成为具有高度综合治疗功效的纳米药物。尽管这些都是不错的设计，但必须付出更多的努力来探索一种高性能且可临床使用的纳米平台，该平台能够共同输送药物和核酸，并具有优化的或附加的特性。天然的细胞间递送载体，例如外泌体，可以一次转移数种货物，理论上为开发新的整合策略提供了理想的纳米平台。

外泌体，天然的“特洛伊木马”，正在被转化为下一代的治疗用纳米药物。基于外泌体疗法的临床试验已产生诱人的结果，并且正在迅速增加。外泌体是由各种细胞类型释放并存在于几乎所有体液中的纳米级囊泡，具有整合多种成分和生理功能的特性。外泌体由脂质双层包裹的纳米级细胞外囊泡组成，包含编码和非编码RNA，并提供了引入疏水性药物的负载位点。此外，外泌体克服复杂的体内递送障碍（包括单核细胞清除、细胞粘附和内吞作用）的能力归因于特定蛋白质（例如CD47、CD63和CD9）在其膜上的多价整合，其多样性和复杂性难以在合成纳米系统中复制。鉴于这种固有的整合以及比其他任何纳米载体都更具吸引力的稳定性和长循环周期特性，可以合理地设想将外泌体作为基因/化学联合疗法的新型纳米平台应用。很少有关于将外泌体用作共同给药载体的报道，这仅基于它们固有的纳米级和血液循环特性。但是，上述外泌体的基本整合性质在当前策略中尚未得到足够的重视、发展和扩展。迄今为止，尚未开发出能够整合多种功能成分用于肿瘤靶向和有效的基因/化学联合疗法的工程化外泌体。与体外来源相比，主要由网织红细胞（RTC）分泌的血液外泌体是安全且充足的外泌体的潜在来源，因为它们整合了包括转铁蛋白（Tf）受体在内的各种膜蛋白，但没有任何免疫和癌症刺激活性。因此，有必要开发一种新颖且实用的策略来工程化血液外泌体以进行联合治疗，不仅实现化学治疗剂（主要是疏水性药物）和核酸的共同负载，更重要的是将功能性部分引入优化肿瘤靶向和内体逃逸。

该研究探索了将血液外泌体工程设计为共同递送纳米系统的新概念，该概念整合了三个非凡功能：灵活高效地共同装载药物和核酸、靶向肿瘤和内体逃逸。具体而言，如方案1所示，充分利用了外泌体膜的结构和生化组成，这种整合是通过三部分膜修饰策略实现的：i）将配体偶联的超顺磁性纳米颗粒与外泌体的特定膜蛋白结合实现外泌体的分离、纯化和肿瘤靶向性；ii）将疏水性药物和疏水性修饰的RNA掺入到外泌体膜的疏水性区域中以进行共同装载；iii）将阳离子内溶酶肽吸收到外泌体的带负电荷的膜表面上，以促进包裹的货物的胞质释放。基于这种策略，首先根据作者先前报道的方法构建了基于血液外泌体的超顺磁性纳米粒子簇，从而将靶向肿瘤的功能引入外泌体。然后，将化疗药物阿霉素（Dox）和胆固醇修饰的单链miRNA-21抑制剂（chol-miR21i）组装到外泌体上，以实现两种抗癌方式整合到一个纳米平台中。此外，阳离子脂质敏感的内吞体溶解肽L17E肽被引入到这种基于外泌体的共递送系统中，作为促进货物（尤其是RNA）胞质释放的成分。该研究证明了这种基于血液外泌体的纳米系统能够整合设计的三个功能，从而将Dox和chol-miR21i共装载到一个外泌体中，并将它们共递送到肿瘤细胞中，并具有优异的肿瘤聚集性，从而改善了细胞质的释放。这些有效释放的药物和RNA同时干扰核DNA活性并下调癌基因的表达，从而显著抑制肿瘤的生长并减轻副作用。

方案1

参考文献：

QiZhan, Kaikai Yi, Hongzhao Qi, Sidi Li, Xueping Li, Qixue Wang, Yunfei Wang,Chaoyong Liu, Mingzhe Qiu, Xubo Yuan, Jin Zhao, Xin Hou, Chunsheng Kang. Engineering blood exosomes for tumor-targeting efficient gene/chemo combination therapy Theranostics 2020; 10(17):7889-7905.doi:10.7150/thno.45028

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