NBE：滕乐生团队开发新型细胞纳米穿孔技术大规模制备功能性外泌体

来源：BioArt

外泌体是从活细胞中分泌的纳米级囊泡，能够在细胞间传递蛋白质、mRNA、miRNA等遗传信息。基于外泌体天然的结构和功能特征，其具有天然的靶向性，同时又不会引起促炎反应和免疫反应，因此成为药物递送的理想选择。但是从细胞中分离的外泌体产量少、mRNA的装载效率低以及递送效率差仍然是现阶段研究中亟待解决的问题【1,2】。

2019年12月16日，吉林大学滕乐生教授与美国俄亥俄州立大学L. James Lee教授、德州大学安德森癌症中心Betty Y. S. Kim教授合作在Nature Biomedical Engineering杂志上发表研究论文Large-scale generation of functional mRNA encapsulating exosomes via cellular nanoporation（文章的第一作者为杨照罡博士及Junfeng Shi博士），成功开发了一种细胞纳米穿孔技术（Cellular nanoporation，CNP），使用光刻蚀和深反应离子刻蚀相结合的工艺，制成了含纳米孔道的生物芯片，加载瞬时电脉冲后，质粒从缓冲液穿梭到附着在生物芯片的细胞中，以刺激细胞产生和释放外泌体，同时增加内源性mRNA的转录；以此为基础对外泌体进行载药及修饰，修饰后的外泌体在小鼠脑胶质瘤体内、外治疗中均取得较好效果（图1）。

图1  CNP法制备功能性外泌体及其在脑胶质瘤中的应用流程图

实验结果显示，与传统的电转法相比，CNP产生的外泌体数量多出50倍以上，外泌体中mRNA转录效率增加了1000倍，在提高产量的同时大大简化了功能性外泌体的产生过程。进一步的研究表明，外泌体产量及转录效率提高的细胞机制比较独特，是通过CNP技术造成的局灶性细胞膜损伤和局部加热导致HSPs上调和细胞内Ca2+升高【3,4】，进而激活了P53-TSAP6途径【5-8】，导致大量细胞内囊泡的形成，促进外泌体产生和分泌（图2）。

图2  CNP法促进外泌体产生和分泌示意图

在此基础上，团队对外泌体进行功能化修饰，通过在外泌体表面表达的跨膜蛋白CD47的N端（膜外侧）克隆靶向神经胶质瘤的肽（FKESWREARGTRIERG和CREKA）来提高外泌体在U87和GL261胶质瘤细胞的靶向性。基于CNP技术将PTEN和CDX (克隆靶向肽的CD47) 两种质粒转入胶质瘤细胞后得到大量具有靶向性的功能性外泌体（Exo-T），在体外具有增强的细胞摄取以及上调了PTEN蛋白的表达。Exo-T在U87胶质瘤免疫缺陷小鼠模型和具有免疫能力的GL261胶质瘤模型中都具有很好的治疗效果（图3）。

图3 功能性外泌体在脑胶质瘤小鼠治疗中的应用

总体来说，本研究开发了一种新的细胞纳米穿孔技术，利用生物芯片促使细胞大量分泌外泌体，并且简化了外泌体装载内源转录mRNA的方法，一系列研究为外泌体在药物递送方面的应用提供了新的思路及方法，具有理论意义和应用价值。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41551-019-0485-1

参考文献

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