Extracellulaire blaasjes (EV's) zijn kleine blaasjes die door bijna alle cellen worden uitgescheiden met een groottebereik van 30-150 nm en die overvloedige bioactieve stoffen bevatten. Afhankelijk van de cel van oorsprong vertonen EV's een hoge heterogeniteit, met meerdere componenten die specifiek zijn voor oudercellen1. EV's komen vrij in lichaamsvloeistoffen en worden naar verre locaties getransporteerd waar ze door doelcellen worden opgenomen voor actie2, die kan worden gebruikt om een breed scala aan bioactieve moleculen en medicijnen af te leveren voor weefselherstel, tumordiagnose en -behandeling en immuunmodulatie 3,4. Andere biologische nanodeeltjes (bijv. lipoproteïnen) en nanovesikels (bijv. EV's afgeleid van niet-endosomale routes) met vergelijkbare biofysische eigenschappen in lichaamsvloeistoffen beïnvloeden echter onvermijdelijk de isolatie en zuivering van EV. Tot op heden blijft ultracentrifugatie de gouden standaard voor EV-isolatie en zijn er andere isolatiemethodenontwikkeld, waaronder centrifugatie met sucrosedichtheidsgradiënt, ultrafiltratie, polyethyleenglycolprecipitatie, chromatografie en isolatie van immunomagnetische parels5. Het huidige knelpunt dat de klinische vertaling en commercialisering van EV-therapieën beperkt, is het ernstige gebrek aan isolatietechnieken die een zeer schaalbare en reproduceerbare isolatie van EV's mogelijk maken 6,7,8. Traditionele EV-isolatietechnieken (bijv. ultracentrifugatie en grootte-uitsluitingschromatografie) hebben te kampen met een laag rendement (1 x 107-1 x 108/1 x 10 6 cellen), een lange productiecyclus (24-48 uur), een slechte reproduceerbaarheid van de productkwaliteit en vereisen dure en energie-intensieve productieapparatuur die niet kan voldoen aan de huidige klinische vraag naar EV's6.
Exosoomnabootsers (EM's), synthetische surrogaten van native EV's, hebben belangrijke aandacht getrokken vanwege hun zeer vergelijkbare structuur, functie en schaalbaarheid in de productie. De belangrijkste bron van EM's is de directe extrusie van hele oudercellen met continue doorsnede9,10, wat krachtige biologische functies aantoont als native EV's11,12. EM's afgeleid van mesenchymale stamcellen van de menselijke navelstreng (hUCMSC's) oefenen bijvoorbeeld vergelijkbare wondgenezende effecten uit als native EV's en zijn rijker aan eiwitsamenstelling13. Hoewel EM's afkomstig van hele cellen de biologische complexiteit van EV's hebben, is hun belangrijkste nadeel de heterogeniteit van producten omdat ze onvermijdelijk besmet zijn door verschillende cellulaire organellen en celresten. Eiwitlokalisatieanalyse toonde verder aan dat EM's afgeleid van extrusie van hele cellen veel niet-EVs-specifieke eiwitten uit mitochondriën en het endoplasmatisch reticulumbevatten 13. Bovendien vereisen de meeste methoden voor de productie van EM's nog steeds ultracentrifugatie, een zeer tijdrovend en energieverslindend proces14. Gezien het feit dat exosomen uitsluitend zijn afgeleid van cellulaire endosomen, veronderstelden we dat bio-gemanipuleerde endosoom-afgeleide nanovesikels de biologische homologie tussen exosomen en EM's beter kunnen samenvatten in vergelijking met de gevestigde celmembraan-afgeleide EM's geproduceerd door extrusiemethode van hele cellen14. Desalniettemin is de productie van van endosoom afgeleide nanoblaasjes moeilijk vanwege het gebrek aan levensvatbare benaderingen.
Klinische studies zijn uitgevoerd door EV's te gebruiken als surrogaat van celvrije therapie en een medicijnafgiftesysteem op nanoschaal voor de behandeling van verschillende ziekten. EV's afgeleid van mesenchymale stamcellen in het beenmerg zijn bijvoorbeeld gebruikt om ernstige longontsteking veroorzaakt door COVID-19 te behandelen en hebben veelbelovende resultaten opgeleverd. Onlangs hebben genetisch gemanipuleerde EV's met CD24-eiwitten ook krachtige therapeutische voordelen aangetoond voor de behandeling van COVID-19-patiënten15,16. Aan de klinische eis van EV-therapie kan echter nog steeds niet worden voldaan met traditionele isolatiemethoden vanwege de lage opbrengst en kosten. Deze studie rapporteert de grootschalige productie van endosoom-afgeleide nanovesikels via een magnetische scheiding-geassisteerde high-speed homogenisatiebenadering. Het maakt gebruik van de endocytoseroute van MNP's om MNP-geladen endosomen te isoleren via magnetische scheiding, gevolgd door homogenisatie met hoge snelheid om endosomen te formuleren in monodisperse nanovesikels. Aangezien de soorten endosomen die door dit protocol worden verzameld divers zijn, is verder diepgaand onderzoek nog steeds nodig om goede productiepraktijken (GMP) in de industrie vast te stellen. Deze nieuwe EM-voorbereidingsaanpak is tijdbesparender (5 minuten homogenisatie op hoge snelheid) om nanoblaasjes te verkrijgen die homoloog zijn aan native EV's. Het produceert exponentieel meer blaasjes uit dezelfde hoeveelheden cellen dan ultracentrifugatie, die over het algemeen op verschillende celtypen kan worden toegepast.