有效和有针对性的药物传递仍然是现代医学的一个瓶颈问题。来自瑞典阿斯利康公司的研究人员采用生物化学工程方法，探索将细胞外囊泡（EVs）重新定位为药物递送载体的途径。研究表明，通过将靶向配体如GalNAc展示在EVs表面，使用与工程EVs上富集的蛋白锚融合的HaloTag，成功实现了对人类原代肝细胞的靶向。此外，研究在EVs上装饰一种能够识别GLP1细胞表面受体的抗体，证明这可以改善对过度表达该受体的细胞的EVs靶向。研究还改善了Cre重组酶装载到EVs腔室中的效率。这表明EVs可以经过工程改造，改善荷载物负载和特定细胞靶向性，从而有助于将它们转化为定制的药物递送载体。相关内容以“Creating Designer Engineered Extracellular Vesicles for Diverse Ligand Display, Target Recognition, and Controlled Protein Loading and Delivery”为题在线发表于10月22日国际先进材料学术期刊 Advanced Science上。
研究人员介绍了药物如酶、抗体、肽和核酸等药物类型在特定治疗部位的有针对性传递的挑战，并提出了利用细胞外囊泡（EVs）作为药物封装平台的潜在解决方案。EVs是天然的纳米尺寸脂质双层颗粒，可以传递生物活性分子，引起功能性反应，并参与细胞间通信。它们被几乎所有细胞类型释放，并被附近或远处的受体细胞内部化。相较于合成纳米颗粒，EVs提供了独特的优势，具有出色的生物相容性、稳定性和低免疫原性。它们在循环中保护其荷物，其表面提供天然存在的修饰位点，可以增强其功能性。然而，尽管EV具有这些显著特点，但仍存在一些挑战，如从循环中迅速清除、需要功能化的内在靶向性以及有限的荷载能力。
尽管在EV工程方面取得了突破，EVs的传送通常是非特异的，将荷物定向到特定细胞群体仍然具有挑战性。为解决这个问题，修改EV表面以显示被特定细胞识别的不同类型的靶向分子。例如，抗体或抗体片段已经整合到EV的表面。由于可以针对任何选择的目标创建抗体，这种EV功能化方法提供了重要的多功能性。然而，目前由于其较大的尺寸和复杂性，单克隆抗体作为靶向分子的使用受到限制。
用于表面显示的大多数细胞工程策略都侧重于将靶向肽和蛋白质导向EV蛋白质分选域，如Lamp2b、四次跨膜蛋白和PTGFRN，但使用这种方法显示更复杂的分子是具有挑战性的。一种鲜为人知的替代策略是通过交联反应对EV表面进行修改，即叠氮-炔环加成或点击化学，以将靶向分子通过共价键功能化到EV表面。这种方法非常适合通过共价键引入大分子、小分子、糖或多糖到EV表面。以前已经使用这种方法引入了一些靶向肽，如表皮生长因子或对整合素αvβ3具有高亲和力的肽。
阻碍EVs充当药物递送载体的充分利用的其他重要障碍包括药物载荷和在受体细胞内的细胞质递送。研究证明，可以成功地使用光和小分子诱导的二聚系统来增加EVs的荷物蛋白负荷，如SpCas9和Cre重组酶。尽管这些技术实现了功能性蛋白质的递送，但在遗传工程过程中蛋白质在EV内部的释放是具有挑战性并需要额外的刺激。
在这项研究中，研究人员采用了多种最先进的基因工程方法来修改EVs的组成，以改善对细胞的靶向和荷载。具体来说，我们使用这些工具来装饰EVs的表面，将一个与改良的卤代烷烃脱卤酶蛋白标签（HaloTag）融合的囊泡锚定蛋白贴在上面。这个标签被设计成与携带氯代烷烃连接物的合成配体共价结合，因此可以用于在EVs的表面引入各种分子效应物，如荧光染料、肽、糖和小分子。研究人员使用这个系统将纯化的EVs装饰上三价N-乙酰半乳糖胺（GalNAc），并证明改造后的EVs优先结合到初级人类肝细胞。研究还开发了一个补充系统，在EVs的表面显示抗体。
此外，研究利用了两种不同的蛋白工程方法，以改善Cre重组酶的装载和在基因工程过程中将蛋白质释放到EVs的腔室中。这些EVs在经过内体逃逸增强剂处理后将功能性Cre递送到受体细胞的细胞质中。这些修改没有改变EVs的基本性质。经过注射到小鼠后，经过改造的EVs耐受性良好，并且没有显示出可检测的肝毒性。总的来说，研究结果表明，经过改造的EVs作为独特的靶向蛋白治疗药物递送系统具有相当大的潜力。
参考文献：Creating Designer Engineered Extracellular Vesicles for Diverse Ligand Display, Target Recognition, and Controlled Protein Loading and Delivery. Adv Sci (Weinh). 2023 Oct 22:e2304389.
