Journal of Extracellular Vesicles | 新型微納流控平臺助力細胞外囊泡表面工程化
小細胞外囊泡(sEV)是人體內(nèi)的天然“納米郵差”,具有低免疫原性、高生物相容性等特點,是藥物遞送與疾病診療的理想載體。然而,其臨床應用長期受限于兩大核心難題:來源依賴導致的異質(zhì)性,以及天然靶向能力的不足。如何針對sEV進行高效、可控的表面工程化改造,成為推動其走向臨床的關鍵瓶頸。
為破解這一瓶頸,中國科學院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)學成像科學與技術(shù)系統(tǒng)全國重點實驗室、醫(yī)工所傳感中心楊慧研究員團隊,突破傳統(tǒng)技術(shù)局限,成功研發(fā)出名為ExoSE(EV Surface-Engineering device)的通用微納流控平臺,可高效、標準化地完成sEV表面工程化改造,顯著提升其靶向能力。相關研究"Universal Microfluidic Platform for Multifunctional Surface Modification of Small Extracellular Vesicles"近期發(fā)表于國際細胞外囊泡研究頂級期刊Journal of Extracellular Vesicles。
ExoSE的核心創(chuàng)新在于將sEV表面工程化過程解耦為“加載”與“混合”兩個核心獨立模塊:加載模塊通過高通量并聯(lián)納米流控結(jié)構(gòu),實現(xiàn)對sEV的機械瞬時穿孔,高效嵌入功能性脂質(zhì);混合模塊則通過獨特設計微流控結(jié)構(gòu)促進配體分子快速連接。這種“兩步走”策略擺脫了對供體細胞的依賴,適用于不同細胞源及高產(chǎn)來源如牛奶源sEV,并能兼容多肽、適配體、蛋白質(zhì)等多種配體。
實驗數(shù)據(jù)顯示,ExoSE在脂質(zhì)嵌膜效率上高達97%以上,遠超傳統(tǒng)共孵育方法;單個囊泡上的配體結(jié)合數(shù)量提升3-6倍。經(jīng)工程化改造的sEV在體外和體內(nèi)模型中均展現(xiàn)出良好的靶向性能:RGE肽修飾的sEV穿透血腦屏障的能力提升超3倍,腫瘤球滲透深度顯著增加;AS1411適配體修飾的sEV對乳腺癌細胞的靶向特異性達77.8%。動物實驗進一步證實,工程化sEV可在腦中高效富集,且未引起肝腎毒性。
與傳統(tǒng)的基因工程、物理或化學修飾方法相比,ExoSE具備源頭通用、流程簡潔、配體兼容、批間一致等突出優(yōu)勢,為sEV的表面工程化提供了標準化、可擴展的解決方案。該平臺不僅能夠推動sEV在靶向治療、腦部藥物遞送等領域的應用進程,也為未來開發(fā)個性化診療工具、免疫調(diào)節(jié)載體等奠定了基礎。
ExoSE平臺的成功研制,標志著sEVs表面工程進入“模塊化、標準化”時代,有望加速下一代生物納米藥物的臨床轉(zhuǎn)化。
中國科學院深圳先進技術(shù)研究院楊慧研究員為論文通訊作者,復旦大學藥學院李聰教授及醫(yī)工所傳感中心曾霖助理研究員為聯(lián)合通訊作者,醫(yī)工所傳感中心博士后洪彥航為第一作者。研究工作獲得了國家自然科學基金、科技部重點研發(fā)計劃等項目的支持。
原文鏈接:https://doi.org/10.1002/jev2.70215

圖1. 通用化微流控平臺ExoSE用于小細胞外囊泡表面工程化改造。(a)基于ExoSE平臺對不同來源的sEVs進行功能化修飾原理示意圖。(b)不同來源sEVs的脂質(zhì)嵌膜比例,單個囊泡上有效結(jié)合的多肽和蛋白質(zhì)數(shù)量。(c)3D腫瘤球滲透結(jié)果。(d)腦組織富集圖片及血液學檢測結(jié)果。
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