基于外泌体的策略是一种很有前途的治疗工具，避免了细胞治疗潜在的免疫原性和致瘤性副作用。然而，收集外泌体以及高剂量的常规给药方法，阻碍了外泌体治疗的临床转化。来自阿根廷神经科学应用研究实验室和西班牙巴斯克大学的研究人员发表综述，提出了多功能外泌体收集策略以及先进的递送平台，微流体技术可以大规模收集天然和合成外泌体，并将其应用于生物墨水中，而3D生物打印技术在再生医学中作为装载外泌体的支架，通过控制药代动力学和药效学来模拟目标组织，这两种策略的结合可能成为将外泌体疗法转化为临床实践的关键。相关内容以“The role of microfluidics and 3D-bioprinting in the future of exosome therapy”为题于6月9日在线发表在国际顶级生物技术领域的学术期刊Trends in Biotechnology杂志上。
- 外泌体是由大多数细胞产生的细胞外囊泡，参与和控制细胞和生物功能，是潜在的治疗工具。
- 外泌体治疗的临床转化挑战主要是无法获得足够的外泌体池和缺乏合适的控制方法。
- 微流体技术是一门多学科交叉的技术，在外泌体的分离、制备和工程方面具有简单、高效的特点。
- 微流控平台使外泌体的大规模收集和合成能够集成到水凝胶和生物墨水中，以3D生物打印为基础的外泌体支架作为外泌体递送系统。
- 生物3D打印支架保持了外泌体的局部活性，具有细胞疗法的许多有利特性，没有脱靶效应或免疫原性和致瘤性问题。
外泌体是细胞外囊泡的一个亚类，由多泡内体与亲代细胞的细胞膜融合后分泌。外泌体的脂质双分子层膜保护其内容物（即细胞质蛋白、mRNA、miRNA、pre-miRNA和脂质），防止酶降解，并在许多细胞和生物功能的稳态和调节中发挥作用。在过去的几年里，外泌体作为诊断和治疗的生物标志物引起了极大的兴趣。从诊断的角度来看，外泌体含量反映了不同疾病患者特定的病理生理状态，是追踪许多疾病进展的有力生物标志物。此外，外泌体可以用作治疗工具。与基于细胞的治疗相比，外泌体移植在无细胞再生医学中是极具优势的，目前未发现有免疫排斥或肿瘤发生的风险。此外，外泌体已被用于治疗新冠病毒COVID-19感染以及其他疾病，目前正在进行100多项基于外泌体的治疗试验。因此，使用外泌体作为递送纳米系统可以增强负载疗法的药代动力学和药效学特征，从而改善治疗结果，同时减少不必要的毒副作用。例如，间充质干细胞（MSCs）的免疫调节和促再生特性在很大程度上可以用它们的分泌组（包括外泌体）来解释。
MSCs是一种多能细胞，由于其再生能力、简单培养、快速生长和高外泌体生产能力而受到关注。近年来，基于将MSCs整合到受损组织中并在体内免疫调节炎症反应，促进组织再生的可能性，以MSCs作为细胞疗法的生物技术研究稳步发展。目前，一些产品已被批准使用MSCs用于免疫治疗，例如移植物抗宿主病、克罗恩病或1型糖尿病已经在韩国、新西兰和加拿大开展。然而，MSC在不需要治疗的组织中的扩展和复制带来的安全性问题已被报道。
现在已经知道，MSCs的免疫调节和促再生作用的关键效应者是它们的分泌组，以旁分泌的方式促进损伤部位的再生。例如，MSC来源的外泌体作为有益生物货物的天然载体，可以修复骨软骨缺损，保护软骨和骨骼免受降解[，减少心肌缺血/再灌注损伤，减少梗死面积，增加心功能，促进大脑中动脉闭塞后缺血区神经再生和血管生成。
然而，尽管类似MSC来源的外泌体用于无细胞治疗取得了令人鼓舞的结果，但收集足够的外泌体、开发合适的配方以及缺乏明确的给药方法，是将外泌体作为治疗载体成功转化为临床实践的主要挑战。
从生物液体或细胞源中分离外泌体的传统方法具有显著缺陷，如外泌体在提取过程中失活、纯度低、长而复杂的多阶段过程以及处理样本量低。因此，为了向前发展，有必要通过收集技术，甚至通过纳米工程的生物人工外泌体样纳米颗粒（NPs）来获得合适的外泌体。从这个意义上说，将外泌体包含在生物相容性生物墨水中，通过3D生物打印来制作外泌体负载的3D支架，是可以克服上述问题的潜在途径。因此，开发合适的生物墨水将延长外泌体的寿命，改善它们在体内向靶组织的递送。
外泌体的给药仅限于静脉输注或直接注射，这需要大剂量才能达到治疗效果，因为外泌体具有广泛的生物分布，主要积聚在肝脏和脾脏。此外，外泌体注射存在脱靶效应的风险，且有益效果持续时间较短。含有大规模外泌体池的3D生物打印支架可以方便地处理和植入治疗结构到所需的目标组织中，实现外泌体的局部治疗作用，同时避免脱靶效应和重复剂量。因此这将成为一种更强大和先进的外泌体递送平台。
在此基础上，增材制造技术可以成为一种补充性的生物技术工具，以改善单独使用外泌体所固有的一些问题。此外，尽管3D打印技术产生了物理化学稳定的3D结构，但这些结构缺乏生物活性。出于这个原因，为了实现再生医学，这些结构应该用特定的细胞类型、生物活性分子或外泌体来富集。大规模收集外泌体的微流体技术和在生物墨水中使用这些治疗性外泌体的3D生物打印技术，以及生物打印的外泌体负载支架的制作，可能是在靶部位实现外泌体局部治疗效果的关键。这一策略可以将基于外泌体的疗法转化为临床实践。
在篇综述中，作者讨论了专门为外泌体收集或其生物人工合成设计的不同微流控方法，突出了这些方法的主要优点，特别强调了具有大规模生产能力的微流控方法。微流控和3D生物打印的耦合是一种尖端技术，可以实现治疗性外泌体的局部、持续和控制释放。作者还强调了用于将外泌体包裹成3D支架的生物材料，这与目前外泌体负载3D支架的趋势，都是有前途的个性化无细胞治疗系统方法，具有潜在的临床转化潜力。
参考文献：The role of microfluidics and 3D-bioprinting in the future of exosome therapy. Trends Biotechnol. 2023 Jun 9:S0167-7799(23)00153-1.
