Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (EVs) to małe pęcherzyki wydzielane przez prawie wszystkie komórki o zakresie wielkości 30-150 nm, zawierające obfite substancje bioaktywne. W zależności od komórki, z której pochodzą, EV wykazują wysoką heterogeniczność, posiadając wiele składników specyficznych dla komórek macierzystych1. EV są uwalniane do płynów ustrojowych i transportowane do odległych miejsc, gdzie są pobierane przez komórki docelowe do działania2, które mogą być wykorzystane do dostarczania szerokiej gamy bioaktywnych cząsteczek i leków do naprawy tkanek, diagnozowania i leczenia nowotworów oraz modulacji immunologicznej3,4. Jednak inne nanocząstki biologiczne (np. lipoproteiny) i nanopęcherzyki (np. EV pochodzące ze szlaków nieendosomalnych) o podobnych właściwościach biofizycznych w płynach ustrojowych nieuchronnie wpływają na izolację i oczyszczanie EV. Do tej pory ultrawirowanie pozostaje złotym standardem izolacji EV, a inne metody izolacji, w tym wirowanie w gradionym gradifikacji gęstości sacharozy, ultrafiltracja, wytrącanie glikolu polietylenowego, chromatografia i izolacja kulek immunomagnetycznych, zostały opracowane5. Obecnym wąskim gardłem ograniczającym translację kliniczną i komercjalizację terapii EV jest poważny brak technik izolacji, które pozwalają na wysoce skalowalną i odtwarzalną izolację EVs6,7,8. Tradycyjne techniki izolacji EV (np. ultrawirowanie i chromatografia wykluczania wielkości) charakteryzują się niską wydajnością (1 x 107-1 x 108/1 x 106 komórek), długim cyklem produkcyjnym (24-48 godzin), słabą odtwarzalnością jakości produktu oraz wymagają drogiego i energochłonnego sprzętu produkcyjnego, który nie jest w stanie zaspokoić obecnego zapotrzebowania klinicznego na EVs6.
Egzosomy naśladujące (EMs), syntetyczne substytuty natywnych EV, przyciągnęły dużą uwagę ze względu na ich bardzo podobną strukturę, funkcję i skalowalność w produkcji. Głównym źródłem EM jest bezpośrednia ekstruzja całych komórek rodzicielskich z ciągłym cięciem9,10, wykazując silne funkcje biologiczne jako natywne EVs11,12. Na przykład EM pochodzące z ludzkich mezenchymalnych komórek macierzystych pępowiny (hUCMSC) wywierają podobne efekty gojenia się ran jak natywne EV i są bogatsze w skład białka13. Chociaż EMs pochodzące z całych komórek mają biologiczną złożoność EV, ich główną wadą jest niejednorodność produktów, ponieważ są one nieuchronnie zanieczyszczone przez różne organelle komórkowe i szczątki komórkowe. Analiza lokalizacji białek wykazała ponadto, że EM pochodzące z ekstruzji całych komórek zawierają wiele niespecyficznych dla EVs białek z mitochondriów i retikulum endoplazmatycznego13. Co więcej, większość metod produkcji EMs nadal wymaga ultrawirowania, co jest bardzo czasochłonnym i energochłonnym procesem14. Biorąc pod uwagę fakt, że egzosomy pochodzą wyłącznie z endosomów komórkowych, postawiliśmy hipotezę, że bioinżynieryjne nanopęcherzyki pochodzące z endosomów mogą lepiej podsumować biologiczną homologię między egzosomami a EM w porównaniu z dobrze znanymi EM pochodzącymi z błony komórkowej wytwarzanymi metodą ekstruzji całych komórek14. Niemniej jednak wytwarzanie nanopęcherzyków pochodzących z endosomów jest trudne ze względu na brak realnych podejść.
Badania kliniczne zostały przeprowadzone przy użyciu EVs jako substytutu terapii bezkomórkowej i nanoskalowego systemu dostarczania leków do leczenia różnych chorób. Na przykład EV pochodzące z mezenchymalnych komórek macierzystych szpiku kostnego były stosowane w leczeniu ciężkiego zapalenia płuc wywołanego przez COVID-19 i przyniosły obiecujące wyniki. Ostatnio genetycznie zmodyfikowane EV przenoszące białka CD24 wykazały również silne korzyści terapeutyczne w leczeniu pacjentów z COVID-1915,16. Jednak kliniczne wymagania terapii EV nadal nie mogą być spełnione tradycyjnymi metodami izolacji ze względu na niską wydajność i koszty. Badanie to donosi o produkcji na dużą skalę nanopęcherzyków pochodzących z endosomów za pomocą szybkiej homogenizacji wspomaganej separacją magnetyczną. Wykorzystuje szlak endocytozy MNP do izolowania endosomów obciążonych MNP poprzez separację magnetyczną, a następnie homogenizację z dużą prędkością w celu sformułowania endosomów w monodyspersyjne nanopęcherzyki. Ponieważ rodzaje endosomów zbieranych za pomocą tego protokołu są różnorodne, nadal potrzebne są dalsze dogłębne badania w celu ustalenia dobrych praktyk produkcyjnych (GMP) w branży. To nowatorskie podejście do przygotowania EM jest bardziej efektywne czasowo (5 minut szybkiej homogenizacji) w celu uzyskania nanopęcherzyków homologicznych do natywnych EV. Wytwarza wykładniczo więcej pęcherzyków z tej samej ilości komórek niż ultrawirowanie, które można ogólnie zastosować do różnych typów komórek.