尽管在工程外泌体方面取得了一些进展，但它们对损伤部位受损细胞和患病线粒体的靶向能力仍然具有挑战性。造成这种情况的原因可能是现有的外泌体工程方法在工程过程中由于攻击性（例如电穿孔或超声方法）、产量低或可控性差，难以在工程过程中尽可能保持膜结构的完整性。此外，由于与供体细胞的分离过程涉及繁琐的处理步骤，外泌体在此过程中减弱或丧失的功能在工程化过程中难以得到增强或补偿。
近日，南京师范大学的万密密和毛春团队在Advanced Materials杂志发表文章，该报道提出了“独立模块/级联功能”的概念，用于工程外泌体的可控构建，即自主合成具有特定功能的纳米级人工模块，然后选择性可控地与天然外泌体模块结合，“一对一”的方式来构建工程外泌体。“独立模块”的概念不受外泌体活性条件的限制，从而极大地丰富了人工模块的制备方法和种类。同时，基于不同模块之间的选择性可控组合技术，该方法可以有效保护外泌体膜结构的完整性以及膜表面功能蛋白和核酸的活性。“级联功能”是指通过丰富的人工模块设计赋予外泌体新的功能，通过级联效应满足疾病治疗的复杂需求，从而发挥显著的治疗效果。
MSCEXO/PMA在4 °C (a)和25 °C (b)合成温度下的TEM图像此外，这种工程外泌体应用于帕金森病（PD）的治疗，旨在解决PD治疗精准靶向和复杂需求的挑战，其发病机制复杂，涉及因素多，目前尚无特效药和完全治愈它的方法。迄今为止，PD的发病机制可概括为以下过程：多巴胺能神经元的核基因突变抑制了α-突触核蛋白（α-syn）的正常水解并促进其在线粒体内聚集，产生高浓度的活性氧（ROS），这进一步导致诱导型一氧化氮合酶(iNOS) 表达和神经炎症的增强，并破坏自身及其周围的神经元细胞。来自干细胞的外泌体具有促进组织修复和神经再生的潜力，并具有穿透血脑屏障（BBB）的能力，因为它们的表面富含多种跨膜蛋白和整合素，具有潜在的医学价值。然而，此类外泌体对PD微环境的靶向选择性较差，难以准确靶向PD微环境中受损的神经元细胞及其病变线粒体。此外，现有的PD治疗方法仅涉及对发病机制中有限环节的干预。抑制上游环节的恶化（如去除α-syn聚集）并不能消除下游环节已有的损伤（如上调的ROS和神经元细胞损伤），而针对下游环节损伤的修复策略不能阻止上游环节造成的持续伤害。因此，考虑到PD病理机制的复杂性和特殊性，对PD的病理过程进行多阶段靶向、多阶段治疗的干预非常必要。
图1、通过多步靶向多阶段干预方法构建具有独立模块的工程外泌体及其级联功能用于治疗帕金森病的示意图（蓝线代表天然外泌体模块MSC EXO的作用途径；红线代表代表人工模块PMA的作用通路；DA神经元代表多巴胺能神经元）该研究构建的基于“独立模块/级联功能”概念的工程外泌体可以通过以下方式克服PD治疗中的挑战。具体而言，选择通过l-精氨酸衍生物自由基聚合获得的具有运动/趋化能力的两性离子纳米粒子作为人工模块（图1），其中l-精氨酸衍生物中的胍基团可以作为活性官能团。人工模块可以在PD病理微环境中主动“寻找”化学引诱剂（上调的ROS和iNOS），并利用天然外泌体模块的独特能力有效地穿过BBB。胍基可以与PD微环境中高表达的iNOS和ROS反应产生一氧化氮（NO），从而形成具有运动/趋化能力的NO驱动的纳米马达，为工程外泌体提供运动性。PD微环境周围iNOS和ROS的特定浓度梯度可作为化学引诱剂，通过酶和底物之间的特定亲和力诱导工程外泌体对微环境的趋化性。化学引诱剂的浓度随受损神经元的细胞密度呈梯度变化，而受损神经元线粒体中的活性氧浓度要高得多。因此，可以构建多步（PD微环境损伤的神经元细胞病变线粒体）靶向策略。基于天然外泌体模块与人工模块之间独特的功能级联效应，可以充分利用外泌体的生理功能、人工模块的运动效应以及NO的生理和医疗功效，实现PD的多阶段介入治疗。具体而言，天然外泌体模块和人工模块都可以消除ROS，而人工模块在趋化过程中释放的NO可以降解形成的α-syn聚集体并促进神经元细胞的生长，提供创新治疗PD的治疗思路。
体内靶向效率：使用Cy5标记的不同样品处理的正常(g)和PD(h)小鼠，进行体内荧光成像和大脑辐射效率
MPTP诱导的PD模型小鼠的行为改善参考文献：Wang Q, Li T, Yang J, Zhao Z, Tan K, Tang S, Wan M, Mao C. Engineered Exosomes with Independent Module/Cascading Function for Therapy of Parkinson's Disease by Multistep Targeting and Multistage Intervention Method. Adv Mater. 2022 Jul;34(27):e2201406. doi: 10.1002/adma.202201406. Epub 2022 May 27. PMID: 35435282.
