细胞外囊泡是一类由细胞释放的具有独特的的结构和组成的膜性小囊泡，广泛参与各生理病理过程中的细胞间信号传递，具有一定组织再生与免疫修复功能，因而成为疾病诊疗、药物递送等领域的研究热点。但是，天然的细胞外囊泡的制备和分离过程仍然面临产量低下、纯化难度较大以及缺乏标准化的制备流程等问题，限制了其规模化的临床应用。对此，研究者们开始进一步探索人工合成的细胞外囊泡，以解决上述细胞外囊泡现存的诸多不足，并代替其行使功能。
目前，人工合成细胞外囊泡的方法可以分成两大类：自下而上（bottom-up）和自上而下（top-down）。自下而上方法是将脂质、蛋白质等单独的小分子物质组装成较为复杂的结构，如脂双层膜上嵌合蛋白质，以模拟细胞外囊泡的功能，其产物主要为脂质体。自上而下策略则是利用细胞来源的质膜碎片，通过脂质的自组装原理产生细胞外囊泡类似物，在提高纳米颗粒产量的同时，保留了与细胞外囊泡相似的生物学特性，已被用于解决细胞外囊泡生产中的局限性。近日，来自浙江大学医学院附属邵逸夫医院骨科林贤丰团队在Advanced Healthcare Materials 上发表了题为“Extracellular vesicle mimetics: preparation from top-down approaches and biological functions”的综述 (2022 Jul 28;e2200142)，总结了细胞外囊泡类似物的制备方法，并归纳了细胞外囊泡类似物的结构、组成、靶向能力、细胞摄取机制、免疫原性等方面的特点，以及它们作为细胞外囊泡替代的优势、局限性和未来临床应用前景。文章的通讯作者为浙江大学附属邵逸夫医院的林贤丰医师、上官莉卿助理研究员、顾辰辉博士，杜远、王泓逸、杨洋研究生为共同第一作者。
细胞外囊泡类似物的自上而下制备方法有许多种，最常见的是将细胞通过孔径依次递减的膜过滤器连续挤出。此外，使细胞通过亲水性微通道，利用强剪切力，使细胞形变，也能产生细胞外囊泡类似物。同时，使用特定的化学物质处理使细胞膜不可逆起泡，或通过低渗处理、均质化、超声处理、过滤和聚乙二醇化等系列步骤处理，提取细胞膜，也可制备细胞外囊泡类似物。此外，通过将自然产生的细胞外囊泡与脂质或人工合成的脂质体融合，还可以产生杂交型细胞外囊泡类似物，以适应更广泛的应用场景。
相比于生产细胞外囊泡的传统方法，即从培养细胞中富集和分离获得，这些制备方法可显著提高产量，如膜过滤器挤出式方法可产生比细胞外囊泡多100-200倍的细胞外囊泡类似物。同时，也极大缩短了生产所需的时间，可缩短至1天以内。获得的细胞外囊泡类似物的大小也较为均一，结构与细胞外囊泡类似，呈由膜结构包裹的球形。虽然它们与细胞外囊泡有许多共同的蛋白质、核酸组分，但越来越多的研究表明，细胞外囊泡类似物的蛋白质组成与其来源细胞的种类密切相关，比细胞外囊泡更加接近其来源细胞。和细胞外囊泡一样，细胞外囊泡类似物同样具有良好的靶向性，这主要与其表面的膜蛋白相关。此外，还可以通过下列几种方法提高细胞外囊泡类似物的靶向性：在制备过程中保留细胞外囊泡类似物衍生细胞本身的蛋白质，通过蛋白-蛋白相互作用，实现靶向递送；在细胞外囊泡类似物表面修饰化学基团，促进配体介导的靶向运动；通过装载磁性物质，提高靶向性。作为一种细胞来源的生物材料，细胞外囊泡类似物免疫原性较低，用于治疗时不易引起明显的炎症反应，是一种安全高效的治疗材料。细胞外囊泡类似物的应用领域广泛，包括杀伤肿瘤、促进组织修复和再生、细胞或粒子的成像追踪等。在肿瘤杀伤方面，一些特定类型的细胞外囊泡类似物还可以通过与特定受体相互作用，诱导肿瘤细胞的凋亡，而装有化疗药物的细胞外囊泡类似物可以发挥抗肿瘤作用。此外，细胞外囊泡类似物可以通过改变免疫细胞的状态，激活M1巨噬细胞，从而诱导细胞凋亡。在组织再生方面，一些细胞外囊泡类似物可以促进细胞生长和血管生成，递送外源性物质，激活与组织修复相关的基因的表达。在成像追踪方面，将放射性元素和荧光物质装载入细胞外囊泡类似物后，可通过核成像和荧光图像来帮助定位和诊断疾病。
尽管细胞外囊泡类似物在诸多疾病治疗领域展现出潜力，但在临床应用中仍面临诸多问题。比如，细胞外囊泡类似物的生物学功能尚未完全确定，仍需进一步的深入研究，其规模化生产标准和监管措施还不完善，定量检测和物理化学表征仍然缺乏标准化方法。但是，由于制备效率高、可进行表面修饰和潜在的生物学功能，细胞外囊泡类似物在临床应用中具有重要价值和巨大潜力，有望在纳米医学、化学工程和生物合成领域做出巨大贡献。参考文献：Extracellular vesicle mimetics: preparation from top-down approaches and biological functions, Adv Healthc Mater. 2022,28;e2200142. doi: 10.1002/adhm.202200142.
外泌体资讯网 Adv Healthc Mater浙江大学医学院附属邵逸夫医院骨科林贤丰团队：细胞外囊泡类似物：自上而下的制备方法及其生物学功能
