外泌体为什么这么牛？程柯团队开发基于外泌体的吸入式新冠疫苗！
近日（2022年7月4日），程柯团队在 Nature 子刊 Nature Biomedical Engineering 发表了题为：Exosomes decorated with a recombinant SARS-CoV-2 receptor-binding domain as an inhalable COVID-19 vaccine 的研究论文。
该研究设计了一种基于外泌体（exosome）的可雾化吸入的新冠疫苗，并进行了临床前测试，该新冠疫苗可在冻干后在室温下稳定超过3个月。
该新冠疫苗由与肺源性外泌体结合的重组新冠病毒受体结合域（RBD）组成(RBD-Exo疫苗)，能够增强RBD在呼吸道和肺部的保留。
注：单独使用 RBD 并不能实现特定的靶向递送，也不能避免降解或快速清除。RBD 必须通过药物递送载体来保护从而增加其向抗原呈递细胞（APC）的剂量。
在动物实验中，两剂RBD-Exo疫苗可减弱重症肺炎，并减少SARS-CoV-2活病毒感染后的炎症浸润。
RBD-Exo 疫苗制备示意图。通过吸入进入肺部。RBD-Exo 诱导仓鼠产生抗 SARS-CoV-2 感染的 RBD 特异性 IgA 和 IgG 抗体，产生黏膜免疫和全身免疫。
外泌体
外泌体（Exosomes）是由细胞分泌的包含RNA和蛋白质的小囊泡，广泛存在于血液、唾液、尿液及乳汁等体液中，具有细胞信使功能，参与细胞通讯。
外泌体最早于1983年发现于体外培养的绵羊红细胞上清液中；2013年，三位国际科学家因“发现并阐释细胞囊泡运输系统及其调控机制”，获得诺贝尔生理学或医学奖。
近几年，外泌体越来越多的被提起，CNS里常常有它，自然基金课题总有它，Pubmed 里的文章数量呈现暴风增长，涉及癌症、免疫、病毒感染、心血管疾病及神经退行性疾病的全方位研究，甚至还有美容相关研究。
想当初，外泌体刚被发现的时候，还被贴上了“代谢废物”的标签，如今却摇身一变成了科研宠儿！妥妥地拿着“废柴逆天”主角剧本。
详情点击：关于外泌体，了解这些就够了！
外泌体递送药物
药物要想高效、靶向地抵达患处，递送载体不可或缺。目前，AAV、脂基纳米颗粒（如脂质体）、聚合物等已作为载体应用于药物的递送。外泌体则为另外一个种子选手。
近几年，关于外泌体药物递送或者外泌体治疗的报道越来越多，外泌体治疗逐渐从研究进入到应用的阶段。
外泌体是纯天然的纳米颗粒。对于外泌体作为药物载体的期待根源于外泌体独特的结构。
其结构简单，外面是磷脂双分子层构成的膜，膜上有丰富的蛋白质分布，里面是一个空腔，空腔里面可以装载大分子、小分子和核酸类物质，空腔是我们可以利用来进行药物递送的一个空间。
外面的蛋白质的存在非常有价值，一方面可以提供低免疫原性，可重复性给药的潜能大；另一方面，利用这些蛋白质进行表面修饰，装载大分子，提高靶向性。
外泌体结构
外泌体的药物递送优势
将治疗药物递送到作用部位的主要挑战是靶组织、细胞或细胞器中的脱靶毒性、快速清除以及低积累和生物利用度。
为了规避这些挑战，在过去的几十年里，已经开发了广泛的合成输送载体（脂质体，脂质纳米颗粒，聚合物胶束，无机纳米颗粒，树枝状聚合物等），其中一些已经得到临床批准。在所有纳米颗粒的可用图谱中，迄今为止最成功的，市场上临床批准数量最多的载体是脂质体。
与脂质体制剂相反，外泌体是天然存在的分泌性膜囊泡，毒性较低，从它们在体内普遍存在可以推断出其在体内的耐受性很好。另外，外泌体固有的归巢能力暗示了它们在药物递送中的潜在效用。例如，源自黑色素瘤的外泌体优先进入前哨淋巴结，这种归巢能力可以用作药物的靶向递送。
外泌体载体综合了细胞药物递送和纳米技术的优势。与细胞疗法相比，外泌体更容易储存，并且可以降低安全风险（可以从患者体液或细胞培养物中分离出外泌体，经修饰后转移回患者体内）。世界第一个外泌体I期临床试验表明了，大规模外泌体生产的可行性和外泌体给药的安全性。
外泌体的药物递送的几个优点：
- 外泌体在血液中表现出更高的稳定性，能够在生理和病理条件下在体内进行长距离传递。
- 外泌体具有亲水性核心，适合容纳可溶性药物。
- 外泌体天然适于运输蛋白质、mRNA、miRNA、各种非编码RNA、线粒体DNA以及基因组DNA，这使得它们可用于递送干扰RNA以及其他治疗性物质（如亲脂性小分子），已有研究将抗炎剂姜黄素、抗癌剂阿霉素和紫杉醇等装载到外泌体囊泡中用于相应疾病的治疗。
- 外泌体是纳米级的，并携带细胞表面分子，具有克服各种生物屏障（如细胞质膜和血/脑屏障）的能力，这使它们成为理想的治疗传递分子。
牛津大学 Matthew Wood 团队于 2011 年在 Nature Biotechnology 上发表的一篇论文中指出，静脉注射神经元归巢肽标记的外泌体能够穿越小鼠血脑屏障，并递送足够的 siRNA 来显著降低 BACE（阿尔茨海默症的一个潜在靶点）的表达。
- 越来越多的研究表明，外泌体药物是治疗人类疾病的一种有前途的方法。外泌体的免疫原性非常低。
- 具有天然的靶向能力。外泌体内通常携带来自亲本细胞的 RNA、蛋白质和脂质，还表达了来自亲本细胞的表面蛋白和受体蛋白，因此在靶向相同组织的细胞上具有优势。此外，还可以通过对外泌体进行修饰使其表面表达特定的蛋白质或多肽以增强其靶向性。
- 可以对外泌体进行复杂的工程化改造，通过基因或者化学等方式，对外泌体的成分以及生物学功能进行调控，从而能够更好的服务于我们的治疗目的。
越来越多的研究表明，外泌体药物是治疗人类疾病的一种有前途的方法。
2022年6月16日，北卡罗莱纳州立大学程柯教授团队在Elsevier旗下学术期刊Extracellular Vesicle上发表题为“Inhalable exosomes outperform liposomes as mRNA and protein drug carriers to the lung”的研究型论文，报道了外泌体肺部给药的新思路。
与人工合成的脂质体相比，人肺球细胞来源的外泌体（Lung-Exo）在通过雾化吸入的方式将mRNA及蛋白质递送至肺部具有天然优势。
该团队发现，与人胚肾细胞HEK293细胞来源的外泌体（HEK-Exo）或脂质体（Lipo）相比，Lung-Exo在经雾化吸入给药后能更好地将mRNA和蛋白质货物递送至细支气管和肺泡中，并在肺组织中具有更好的滞留率，提高mRNA及蛋白质药物在肺组织中的生物利用度。
这些结果表明，可雾化吸入的Lung-Exo是向肺部递送mRNA及蛋白质药物用于治疗呼吸道和肺部疾病的理想载体。
结语
外泌体作为一种“天然驯化”的内源性纳米载体，能够在活体中维持其内含物的生物学活性，且具有免疫源性低，安全性高的特点。另外，外泌体能循环至体内所有腔室，在非肝靶向的核酸药物递送方面具有良好的应用潜力。
当然外泌体有它自身的一些局限性，在目前阶段对它的研究还不丰富，还有多个障碍有待克服。尽管，利用外泌体作为药物或基因递送载体仍处于起步阶段，我们相信，随着外泌体研究工作的深入，外泌体治疗可能最终药物或基因传递领域有重大突破。
