细胞外囊泡(EVs)是几乎所有类型的细胞都分泌的脂质双分子层囊泡，代表了一组异质性囊泡群体，包括外泌体(由内体途径分泌)、微囊泡(从质膜出芽脱落)和凋亡囊泡(由细胞解体产生)。EVs被认为是细胞间通信的信使，当EVs与受体细胞结合后，将“货物”送入受体细胞，从而介导细胞间的信号通信和物质交换，调节和改变受体细胞的功能。EVs在经过工程化的装载和靶向修饰后，可以作为精准治疗的优越运载系统。
近日，浙江大学医学院附属第二医院叶招明教授、徐建斌研究员团队在Advanced Science杂志（IF=17.521）发表了题目为“Engineering Extracellular Vesicles as Delivery Systems in Therapeutic Applications”的综述论文（2023 Apr 20:e2300552.doi: 10.1002/advs.202300552），文章全面总结了近几年细胞外囊泡在工程化和靶向治疗领域的最新进展，并讨论了EVs向临床转化所遇到的挑战。浙江大学医学院附属第二医院硕士研究生王力维为该论文的第一作者，叶招明教授、徐建斌研究员为该论文的共同通讯作者。
首先，该论文介绍了EVs基本的生物学功能及其作为载药系统的天然优势，然后重点讲述了EVs作为药物递送系统所需的供体细胞的选择，并讨论了非人源EVs的最新研究进展。随后进一步讨论了EVs目前的分离纯化方法，以及重点介绍了EVs的工程化，其主要部分可分为内源性装载、外源性装载和靶向修饰几部分。内源性装载是基于对EVs供体细胞进行改造，因此分泌出的EVs会携带目标分子。外源性装载则是基于EVs先分离纯化后，再将货物分子直接装载到EVs膜表面或膜内。而靶向修饰则是通过膜融合、化学修饰和基因工程的手段，利用组织特异性肽或配体进行靶向的表面工程。在工程化EVs的过程中，作者认为治疗分子的活性问题是最值得关注的，提高装载量而无法提高载入的分子活性并不能实际地解决问题。同时，过多的负载可能会干扰EVs的吸收机制，因为负载物本身可能携带电荷，从而影响EVs的表面电荷。
其次，作者分类并逐一介绍了EVs在传递小分子物质、核酸、蛋白质和CRISPR/Cas9方面的最新研究进展，以及总结了在肿瘤、心血管疾病、肝肾疾病、神经系统疾病、免疫系统疾病和COVID-19等疾病治疗的最新进展。
图1. EVs作为内源性载体在治疗头颈部鳞状细胞癌（A）、鼻咽癌（B）和慢性粒细胞白血病（C）中的作用
再次，作者强调了EVs的新型储存方式以及增产方法，有望为量产工程化EVs做好准备。作者认为，目前没有各方面均十分优秀的增产方法，3D培养、控制细胞密度与生长条件和应用生物反应器可能对大规模生产有一定帮助，但是各种方法应用于工业生产时都存在一定的缺点需要克服。因此，探寻和发现新的刺激EVs分泌的方法是EVs量产工业化亟待解决的问题。此外，作者认为在目前基于EVs的治疗方案向临床转化所需要克服的巨大障碍是EVs的纯度和产量问题。目前关于EVs的纯度问题，事实上，无论使用哪种分离方法，或实施哪种装载策略，所传递的总是异质的EVs群体，包含微囊泡、外泌体和凋亡小体等。甚至由于分离方法的不同，可能还存在着其他囊泡结构或者细胞碎片，难以满足临床应用的需求。因此，高效、低成本的纯化技术是EVs疗法的主要挑战之一。作者认为，在目前结合几种或多种分离纯化方法的优势可以更好地弥补每种方法的不足，不过纯度的提高可能伴随着效率低下的问题。
图2. EVs作为内源性携带者在神经退行性疾病和先兆子痫中的作用
同时，由于EVs是由活细胞或组织分泌，因此大规模生产临床级EVs仍然是需要解决的重要技术难题。作者提出，如果治疗性分子在不需要靶向效应也能产生较好的治疗效果的前提下，或许可以考虑如何减少循环代谢，如EV的CD47被证明可以抑制巨噬细胞和单核细胞对其的识别与清除，因此通过基因工程手段使供体细胞分泌的EVs更多地表达CD47理论上可以有效地减少循环EVs的减少。或者，将供体细胞选择为在体内生长周期长的，或者将相关的基因转染至供体细胞，可能是解决问题的方法之一。
图3. EVs在细胞因子风暴综合征和新冠肺炎发病机制中的作用
最后，作者针对工程化EVs向临床转化可能遇到的问题和障碍提出了可能的解决策略：
a）结合多组学研究和生物传感器开发有助于理解EVs更复杂的生物功能；
b）在EVs工程化的过程中，应尽量满足“Upstream is in charge of producing more EVs, and downstream of losing less”的原则；
c）逐步制定相关标准以供相关研究者更好的交流和优化；
d）结合各学科的力量，加快基于EVs的各种应用的转化与实施；
随着工程化技术的发展，虽然关于EVs的研究已取得了一定的进展，但是距离成熟地运用EVs治疗还有很大的差距，应该尽可能结合多个学科的研究者的智慧来为我们提供新的思路。作者认为，不同领域的紧密交叉结合一定能使EVs治疗的时代更快到来。在未来，如何平衡EVs疗法的载药效率、靶向能力、分子活性和经济成本也是值得研究探索的重大问题。
浙江大学医学院附属第二医院骨科介绍：
“浙二骨科”创建于1953年，是浙江省内成立最早、规模最大的骨科专科，被誉为“浙江省骨科摇篮”！目前已发展成为集医疗、教学、科研为一体协调发展的骨科临床和基础研究基地，领衔省内的同时在国内也具有一定影响力。作为全省骨科诊疗领域的引领者，浙二骨科是首批国家临床重点骨科专科和浙江省骨科保健中心、国家骨科区域临床中心培育单位、浙江省骨科重点实验室挂靠单位、浙江省运动系统疾病临床研究中心。浙二骨科近年中国医院科技量值（STEM）位居全国前十，继续处于国内第一方阵。2020年复旦医院排行榜专科声誉全国第17、华东区第3，浙江省第1。
参考文献：
Engineering Extracellular Vesicles as Delivery Systems in Therapeutic Applications. Adv Sci (Weinh). 2023 Apr 20:e2300552. doi: 10.1002/advs.202300552. PMID: 37080941.
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