Le vescicole extracellulari (EV) sono piccole vescicole secrete da quasi tutte le cellule con una gamma di dimensioni comprese tra 30 e 150 nm, contenenti abbondanti sostanze bioattive. A seconda della cellula di origine, le vescicole extracellulari mostrano un'elevata eterogeneità, possedendo più componenti specifiche per le cellule madri1. Le vescicole extracellulari vengono rilasciate nei fluidi corporei e trasportate in siti distanti dove vengono assorbite dalle cellule bersaglio per l'azione2, che può essere utilizzata per fornire un'ampia gamma di molecole bioattive e farmaci per la riparazione dei tessuti, la diagnosi e il trattamento dei tumori e la modulazione immunitaria 3,4. Tuttavia, altre nanoparticelle biologiche (ad esempio, lipoproteine) e nanovescicole (ad esempio, vescicole extracellulari derivate da percorsi non endosomiali) con proprietà biofisiche simili nei fluidi corporei influenzano inevitabilmente l'isolamento e la purificazione delle vescicole extracellulari. Ad oggi, l'ultracentrifugazione rimane il gold standard per l'isolamento delle EV e sono stati sviluppati altri metodi di isolamento, tra cui la centrifugazione a gradiente di densità del saccarosio, l'ultrafiltrazione, la precipitazione del polietilenglicole, la cromatografia e l'isolamento delle microsfere immunomagnetiche5. L'attuale collo di bottiglia che limita la traduzione clinica e la commercializzazione delle terapie con EV è la grave mancanza di tecniche di isolamento che consentano un isolamento altamente scalabile e riproducibile delle EV 6,7,8. Le tecniche tradizionali di isolamento delle vescicole extracellulari (ad esempio, l'ultracentrifugazione e la cromatografia ad esclusione dimensionale) soffrono di una bassa resa (1 x 107-1 x 108/1 x 10 6 cellule), di un lungo ciclo di produzione (24-48 ore), di una scarsa riproducibilità della qualità del prodotto e richiedono apparecchiature di produzione costose e ad alta intensità energetica che non sono in grado di soddisfare l'attuale domanda clinica di vescicole extracellulari6.
I mimici degli esosomi (EM), surrogati sintetici delle vescicole extracellulari native, hanno attirato un'attenzione importante a causa della loro struttura, funzione e scalabilità molto simili nella produzione. La principale fonte di EM proviene dall'estrusione diretta di intere cellule parentali con sezionamento continuo 9,10, dimostrando potenti funzioni biologiche come EV native11,12. Ad esempio, gli EM derivati dalle cellule staminali mesenchimali del cordone ombelicale umano (hUCMSC) esercitano effetti di guarigione delle ferite simili a quelli delle vescicole extracellulari native e sono più ricchi di composizione proteica13. Sebbene gli EM derivati da cellule intere abbiano la complessità biologica delle vescicole extracellulari, il loro principale svantaggio è l'eterogeneità dei prodotti perché sono inevitabilmente contaminati da vari organelli cellulari e detriti cellulari. L'analisi della localizzazione delle proteine ha inoltre rivelato che gli EM derivati dall'estrusione di cellule intere contengono molte proteine non specifiche per le vescicole extracellulari provenienti dai mitocondri e dal reticolo endoplasmatico13. Inoltre, la maggior parte dei metodi per la produzione di EM richiede ancora l'ultracentrifugazione, un processo che richiede molto tempo ed energia14. Considerando il fatto che gli esosomi derivano esclusivamente da endosomi cellulari, abbiamo ipotizzato che le nanovescicole derivate da endosomi bioingegnerizzati possano ricapitolare meglio l'omologia biologica tra esosomi ed EM rispetto agli EM derivati dalla membrana cellulare ben consolidati prodotti con il metodo di estrusione dell'intera cellula14. Tuttavia, la produzione di nanovescicole derivate da endosomi è difficile a causa della mancanza di approcci praticabili.
Sono stati condotti studi clinici utilizzando le vescicole extracellulari come surrogato della terapia cell-free e di un sistema di somministrazione di farmaci su scala nanometrica per il trattamento di varie malattie. Ad esempio, le vescicole extracellulari derivate da cellule staminali mesenchimali del midollo osseo sono state utilizzate per trattare la polmonite grave causata da COVID-19 e hanno ottenuto risultati promettenti. Recentemente, anche le vescicole extracellulari geneticamente modificate che trasportano le proteine CD24 hanno dimostrato potenti benefici terapeutici per il trattamento dei pazienti COVID-1915,16. Tuttavia, il requisito clinico della terapia con EV non può ancora essere soddisfatto con i metodi di isolamento tradizionali a causa della bassa resa e del basso costo. Questo studio riporta la produzione su larga scala di nanovescicole derivate dall'endosoma attraverso un approccio di omogeneizzazione ad alta velocità assistito da separazione magnetica. Sfrutta la via dell'endocitosi delle MNP per isolare gli endosomi caricati con MNP tramite separazione magnetica, seguita da omogeneizzazione ad alta velocità per formulare gli endosomi in nanovescicole monodisperse. Poiché i tipi di endosomi raccolti da questo protocollo sono diversi, sono ancora necessarie ulteriori ricerche approfondite per stabilire le buone pratiche di fabbricazione (GMP) nel settore. Questo nuovo approccio di preparazione EM è più efficiente in termini di tempo (5 minuti di omogeneizzazione ad alta velocità) per ottenere nanovescicole omologhe alle vescicole extracellulari native. Produce esponenzialmente più vescicole dalla stessa quantità di cellule rispetto all'ultracentrifugazione, che può essere generalmente applicata a vari tipi di cellule.