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Journal of Controlled Release:细胞外囊泡在脑部疾病诊疗的前景

细胞外囊泡(EVs)是纳米级的天然衍生囊泡,其中包含多种反映其来源的生物活性分子。这些纳米囊泡具有天然的跨越血脑屏障的能力和优异的生物相容性,被认为是脑疾病诊断、治疗和药物递送载体的主要候选者。

近日,来自南京中医药大学狄留庆教授/王若宁副教授团队的研究人员在Journalof Controlled Release杂志上发表题为“Emergingprospects of extracellular vesicles for brain disease theranostics”的综述,总结了EVs有效药物荷载的策略和方法,并聚焦于EVs在脑部疾病中的潜在诊断治疗应用,介绍了当前研究的挑战,并进一步讨论了临床转化的前景。

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包括神经退行性疾病、中风、多发性硬化症在内的脑部疾病以及神经胶质瘤等仍然严重威胁着人类健康。尽管在过去的几十年里,新的诊断和治疗方法的发展取得了巨大的成就,仍然缺乏针对大多数脑部疾病的有效治疗策略。药物进入大脑是一个复杂的过程,且受到人体中最严格监管的界面—血脑屏障(BBB)的严重阻碍。除了大脑渗透不足之外,全身性毒性和BBB破坏增加也是大脑递药技术的重大挑战。
纳米技术的显著进步及其在生物医学中的应用产生了多功能纳米治疗系统,这些纳米系统有可能克服BBB,从而实现脑疾病的高精度诊疗。多种研究致力于开发表面功能化的仿生纳米材料,以穿透BBB并靶向于脑部,如细胞膜、脂蛋白和EVs。EVs是一类异质的膜囊泡,起源于胞内溶酶体途径或由质膜向外出芽形成,在分子细胞生物学和药物科学领域引起了广泛关注。EVs几乎由所有细胞主动分泌,并且广泛存在于生物体液中,包括血液、唾液、腹水、脑脊液、母乳和尿液。它们包含多种成分,例如核酸、功能蛋白、脂质、氨基酸和代谢物,这些成分取决于它们的生物发生途径和起源细胞(如图一)。越来越多的研究表明,EVs不仅在中枢神经系统(CNS)生理学中作为细胞间通讯和生物分子转移的信使,而且还参与脑部疾病的病理过程。这种内源性通信系统代表了一种用于个性化诊断和治疗的有前途的无细胞策略。此外,EVs独特的理化特性赋予它们多种优势,可将治疗剂输送到大脑。特别是,EVs可以有效地携带多种生物分子穿过BBB,并凭借其表面蛋白和脂质膜渗透到大脑中的病变区域。
由于CNS特殊的生理结构和复杂性,在脑部疾病的治疗中,药物一般难以到达脑组织。由于其独特的BBB转运能力,EVs已被广泛开发用于将治疗剂递送至大脑,其可以自由穿透血管壁,克服BBB并到达脑实质。其内含物、蛋白质、脂质和核酸的表达水平反映了亲代细胞的生理、病理和功能状态,使其成为疾病进展的理想非侵入性生物标志物,用于早期检测脑部疾病、监测疾病进展和个性化治疗指导。
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图一 EVs的生物发生、组成和细胞摄取机制
在这篇综述中,研究人员介绍了EVs的生物发生和组成,以及主要的分离技术和细胞摄取机制。讨论了EVs作为递送载体和不同细胞来源的优势,以及修饰策略(如图二)。聚焦于EVs克服BBB的策略以及在脑疾病治疗诊断学中的应用,包括阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病、肌萎缩侧索硬化症、中风、神经胶质瘤和多发性硬化症。最后,简要总结并讨论了当前EVs用于脑疾病诊疗的挑战和前景。
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图二 EVs修饰策略
 参考文献:
Emerging prospectsof extracellular vesicles for brain disease theranostics. J ControlRelease. 2022, 341: 844-868.

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