Внеклеточные везикулы (ВВ) представляют собой небольшие везикулы, секретируемые почти всеми клетками с диапазоном размеров 30-150 нм, содержащие большое количество биологически активных веществ. В зависимости от исходной клетки ВВ демонстрируют высокую гетерогенность, обладая несколькими компонентами, специфичными для родительских клеток1. ВВ высвобождаются в жидкости организма и транспортируются в отдаленные участки, где они поглощаются клетками-мишенями для действия2, которое может быть использовано для доставки широкого спектра биологически активных молекул и лекарств для восстановления тканей, диагностики и лечения опухолей, а также иммуномодуляции 3,4. Однако другие биологические наночастицы (например, липопротеины) и нановезикулы (например, ВВ, полученные из неэндосомальных путей) с аналогичными биофизическими свойствами в жидкостях организма неизбежно влияют на выделение и очистку ВВ. На сегодняшний день ультрацентрифугирование остается золотым стандартом для изоляции ВВ, ибыли разработаны другие методы изоляции, включая центрифугирование с градиентом плотности сахарозы, ультрафильтрацию, осаждение полиэтиленгликоля, хроматографию и иммуномагнитную изоляцию шариков. В настоящее время узким местом, ограничивающим клиническую трансляцию и коммерциализацию терапевтических средств для лечения ВВ, является острая нехватка методов выделения, которые позволяют обеспечить высокомасштабируемую и воспроизводимую изоляцию ВВ 6,7,8. Традиционные методы выделения ВВ (например, ультрацентрифугирование и эксклюзионная хроматография) страдают от низкого выхода (1 x 107-1 x 108/1 x 106 клеток), длительного производственного цикла (24-48 ч), плохой воспроизводимости качества продукции и требуют дорогостоящего и энергоемкого производственного оборудования, которое не может удовлетворить текущий клинический спрос на электромобили6.
Имитаторы экзосом (ЭМ), синтетические суррогаты нативных электромобилей, привлекли важное внимание из-за их очень похожей структуры, функций и масштабируемости в производстве. Основным источником ЭМ является прямая экструзия целых родительских клеток с непрерывным секционированием9,10, демонстрирующая мощные биологические функции нативных ВВ11,12. Например, ЭМ, полученные из мезенхимальных стволовых клеток пуповины человека (hUCMSCs), оказывают такое же ранозаживляющее действие, как и нативные ВВ, и более богаты белковым составом13. Несмотря на то, что ЭМ, полученные из цельных клеток, имеют биологическую сложность ВВ, их основным недостатком является гетерогенность продуктов, поскольку они неизбежно загрязняются различными клеточными органеллами и клеточным мусором. Анализ локализации белков также показал, что ЭМ, полученные в результате экструзии цельных клеток, содержат много неспецифичных для ВВ белков из митохондрий и эндоплазматического ретикулума13. Кроме того, большинство методов производства ЭМ по-прежнему требуют ультрацентрифугирования, что является очень трудоемким и энергоемкимпроцессом14. Принимая во внимание тот факт, что экзосомы происходят исключительно из клеточных эндосом, мы предположили, что биоинженерные нановезикулы, полученные из эндосом, могут лучше повторять биологическую гомологию между экзосомами и ЭМ по сравнению с хорошо зарекомендовавшими себя ЭМ, полученными из клеточных мембран, полученными методом экструзии цельных клеток14. Тем не менее, производство нановезикул, полученных из эндосом, затруднено из-за отсутствия жизнеспособных подходов.
Клинические исследования проводились с использованием ВВ в качестве суррогата бесклеточной терапии и наноразмерной системы доставки лекарств для лечения различных заболеваний. Например, ВВ, полученные из мезенхимальных стволовых клеток костного мозга, использовались для лечения тяжелой пневмонии, вызванной COVID-19, и достигли многообещающих результатов. Недавно генетически модифицированные электромобили, несущие белки CD24, также продемонстрировали мощные терапевтические преимущества для лечения пациентов с COVID-1915,16. Тем не менее, клинические требования к терапии ВВ все еще не могут быть удовлетворены традиционными методами изоляции из-за низкой производительности и стоимости. В этом исследовании сообщается о крупномасштабном производстве нановезикул, полученных из эндосом, с помощью высокоскоростной гомогенизации с помощью магнитной сепарации. Он использует эндоцитозный путь MNP для выделения эндосом, загруженных MNP, с помощью магнитной сепарации с последующей высокоскоростной гомогенизацией для формирования эндосом в монодисперсные нановезикулы. Поскольку типы эндосом, собранных в рамках этого протокола, разнообразны, все еще необходимы дальнейшие углубленные исследования для установления надлежащей производственной практики (GMP) в отрасли. Этот новый подход к ЭМ-подготовке является более эффективным по времени (5 минут высокоскоростной гомогенизации) для получения нановезикул, гомологичных нативным ВВ. Он производит экспоненциально больше везикул из тех же количеств клеток, чем ультрацентрифугирование, которое в целом может быть применено к различным типам клеток.