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Kleine extrazelluläre Vesikel, die aus mesenchymalen Stammzellen (MSC-sEVs) gewonnen werden, sind heterogene Vesikel, die mit mehreren Komponenten wie mRNA, micro-RNA, Zytokinen, Lipiden und Metaboliten angereichertsind 1. In den letzten Jahren haben viele Studien das immense therapeutische Potenzial von MSC-sEVs als zellfreie Behandlungsmethode mit minimalen Nebenwirkungen unterstrichen2 und sich als vielversprechend bei der Behandlung eines Spektrums von Erkrankungen erwiesen, darunter Alterung, Gewebedegeneration, Krebs und Entzündungsstörungen 3,4,5,6 . Dennoch bleibt eine kritische Herausforderung bei der großtechnischen Extraktion von sEV bestehen, da sich traditionelle Methoden entweder als mühsam zeitintensiv oder wirtschaftlich nicht durchführbar erweisen. Darüber hinaus ist die Sicherstellung der Reproduzierbarkeit für die klinische Anwendung und Translation von EV-basierten Therapien von größter Bedeutung7. Die Forscher benötigen dringend eine Reinigungsmethode, die nicht nur einfach und effizient ist, sondern auch den Standards der guten Herstellungspraxis (GMP) entspricht8.
Die konventionellen Reinigungsmethoden, einschließlich Ultrazentrifugation, Ultrafiltration, Größenausschlusschromatographie, Immunaffinität und Polymerfällung, wurden in früheren Forschungen ausgiebig angewendet9. Im Allgemeinen weisen herkömmliche Methoden zur Isolierung von sEV Einschränkungen auf, wie z. B. eine niedrige Ausbeute, eine beeinträchtigte Reinheit und Herausforderungen bei der Einhaltung strenger aseptischer Standards. Darüber hinaus wurde in früheren Forschungen über das Potenzial vielversprechender Techniken wie mikrofluidische Systeme10,11, markierungsfreie magnetische Isolierung12 und kovalente chemische Isolierung13 berichtet, um eine herausragende Leistung zu erzielen. Der Bedarf an Spezialausrüstung macht es jedoch für die Mehrheit der Forschungsteams schwierig, diese fortschrittlichen Techniken zu übernehmen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die effiziente Methode zur Isolierung von sEVs in GMP-Qualität aus einer großen Menge von Proben nach wie vor ein kritisches Hindernis darstellt, das den Fortschritt zahlreicher Teams sowohl in der Forschung als auch in der klinischen Anwendung einschränkt.
Die Ultrazentrifugation ist die am weitesten verbreitete Methode zur Isolierung von sEV und gilt als Goldstandardmethode14,15. Es handelt sich um eine Technik, die Unterschiede in Dichte und Größe nutzt, um sEVs zu isolieren. Isolierte sEVs werden üblicherweise mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) gespült, um Restverunreinigungen zu entfernen. Dann wird im Allgemeinen ein angemessenes Volumen PBS verwendet, um die gespülten sEVs zu resuspendieren, und unterschiedliche erwartete Konzentrationen von sEVs können durch Kontrolle des PBS-Volumens entnommen werden. Darüber hinaus wird berichtet, dass die Reinheit von Plasma-sEVs, die durch Ultrazentrifugation erhalten werden, besser zu sein scheint als die von Plasma-sEVs, die durch Größenausschlusschromatographie (SEC) isoliert wurden, und dass die durch Ultrazentrifugation erhaltenen sEVs einen geringeren Gehalt an nicht-vesikulären extrazellulären Partikeln (NVEPs) aufweisen. Dies macht die Ultrazentrifugation auch zur am weitesten verbreiteten und schwer zu ersetzenden Behandlung bei vielen Behandlungen, die hohe Konzentrationen von sEVs erfordern. Neben Qualität und Reinheit ist aber auch die Effizienz ein Faktor, der bei der großvolumigen sEV-Extraktion nicht außer Acht gelassen werden darf. Bisher kann eine einzige Runde der Ultrazentrifugation ein Probenvolumen von bis zu etwa 600 ml unterstützen, was zeigt, dass es schwierig ist, die Nachfrage nach einer Extraktion in großem Maßstab nur durch Ultrazentrifugation zu decken16.
Ein Hämodialysegerät besteht aus einem membranbasierten Modul, das Tausende von Hohlfasern beherbergt. Durch diese Fasern zirkuliert Blut in einer geschlossenen zylindrischen Kammer17. Die Bestandteile des Blutes können diese Membranen aufgrund ihrer Molekülgröße und Ionenkonzentration selektiv passieren. In der Klinik wird es häufig als künstliche Niere verwendet, um Abfallprodukte und überschüssige Flüssigkeiten aus dem Blut von Patienten zu entfernen 18,19,20. Mit anderen Worten, der Hämodialysator hat auch das Potenzial, großvolumige Proben zu konzentrieren, wobei er sich auf ein Verfahren stützt, das der Tangentialflussfiltration (TFF) ähnelt. In der aktuellen Leitlinie der International Society for Extracellular Vesicles (ISEV) gelten sEV-Konzentrate als geeignet für großvolumige Proben, wie z. B. Zellkulturmedium. Nach jahrzehntelanger Entwicklung haben sich Hämodialysatoren in Krankenhäusern weit verbreitet, unterstützt durch eine Fülle ausgereifter Verbrauchsmaterialien und einen Pool qualifizierter Bediener, die es einfacher machen, die Probe steril zu halten.
In dieser Studie wird eine sEV-Aufreinigungsmethode vorgestellt, die auf einem Hämodialysator und einer Ultrazentrifuge basiert, die mit GMPs kompatibel sind. Hier wählen wir Dialysatoren mit einem Molekulargewichts-Cut-off (MWCO) von 100 kDa, von denen gezeigt wurde, dass sie sEVs effektiv einfangen und zahlreiche Proteine herausfilternkönnen 22. Die Ultrazentrifugation bietet auch einen Schritt für die weitere Reinigung. Die Arbeit zeigt, dass der Hämodialysator gleichermaßen für die Konzentration von sEVs geeignet ist. Dieses Protokoll ermöglicht es Forschern, sEVs aus großvolumigen Proben effizient zu isolieren. Wir haben die klinische Studie im chinesischen Register für klinische Studien (ChiCTR, Nr. ChiCTR2200059018) registriert, die noch im Gange ist und noch nicht abgeschlossen wurde. Obwohl klinische Daten derzeit nicht ohne weiteres für eine Veröffentlichung verfügbar sind, ist eine zuverlässige, groß angelegte, effiziente und konforme Methode zur Herstellung von sEVs, wie sie in diesem Protokoll beschrieben wird, eine Voraussetzung für die Durchführung präklinischer und klinischer Studien.