Conocidos como las «nanopartículas lipídicas de la naturaleza», los exosomas son un subconjunto de vesículas extracelulares liberadas por las células como parte de su fisiología normal o bajo ciertas patologías. Están captando la atención de la comunidad científica debido a su capacidad para transportar mensajes entre células en forma de proteínas, ácidos nucleicos y otras biomoléculas. Su potencial en terapéutica y diagnóstico está despertando el interés tanto de instituciones corporativas como académicas. Para predecir y aprovechar al máximo el potencial del exosoma, es importante comprender la profundidad y amplitud del panorama de investigación.
En esta serie de tres partes, exploramos la historia de los exosomas antes de describir las últimas investigaciones exosomales en la administración de fármacos y el diagnóstico. Utilizando los conocimientos de la CAS Content Collection™, ofrecemos una visión general de los recientes avances en la investigación sobre las aplicaciones de los exosomas, al tiempo que destacamos las oportunidades y los desafíos en esta área en rápida expansión.
La evolución de las aplicaciones de los exosomas
Hace más de 50 años, los investigadores observaron por primera vez partículas diminutas en el plasma humano. Descubrieron que este material, al que denominaron «polvo plaquetario», era rico en lípidos y probablemente estaba involucrado en la activación plaquetaria. Sin embargo, no fue hasta la década de 1980 cuando estas vesículas extracelulares de 30–150 nm fueron definidas por primera vez y se acuñó el nombre de «exosomas».
Al igual que los liposomas, los exosomas están compuestos por una membrana lipídica y un medio acuoso interno. Sin embargo, se descubrió que los exosomas eran más complejos en su estructura, ya que contienen una gran variedad de proteínas y lípidos. Producidos en el compartimento endosómico de la mayoría de las células eucariotas, los exosomas se liberan posteriormente al espacio extracelular mediante la fusión con la membrana plasmática. Tras su liberación por la célula secretora, transmiten mensajes a las células receptoras a través de varios mecanismos, incluida la interacción con receptores de superficie, la fusión de membranas, así como la endocitosis mediada por receptores, la fagocitosis y/o la micropinocitosis (Figura 1).
Figura 1. Representación esquemática de la biogénesis y secreción de los exosomas. El recuadro muestra los constituyentes moleculares de los exosomas.
Desde su caracterización inicial, estudios posteriores han revelado que los exosomas son secretados por la mayoría de los tipos celulares viables, incluidas las células inmunitarias, las células epiteliales intestinales y las neuronas. Los exosomas también están presentes en una variedad de fluidos biológicos como la sangre, la orina, la saliva, la leche materna, el líquido amniótico, el líquido sinovial, el líquido cefalorraquídeo e incluso las lágrimas.
La vía exosomal del tráfico intercelular desempeña un papel importante en muchas características de la salud y la enfermedad, incluida la inmunidad, la homeostasis tisular y la regeneración. Los exosomas permiten una comunicación y señalización intercelular eficiente entre células y a través de barreras biológicas (incluida la barrera hematoencefálica). Los exosomas son sistemas de transporte celular eficaces, capaces de transportar «cargas» bioactivas como proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. Aunque los exosomas están involucrados en importantes actividades fisiológicas, también desempeñan un papel significativo en la patogenia de enfermedades como el cáncer, las enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas, y las infecciones virales.
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Propiedades únicas de las partículas de exosomas
Para comprender cómo estas pequeñas partículas pueden inducir efectos de tal magnitud, consideremos sus propiedades únicas. En primer lugar, son intrínsecamente estables debido a su membrana de bicapa lipídica, lo que les permite circular incluso en el hostil microambiente tumoral. Su bicapa lipídica también minimiza la inmunogenicidad y la toxicidad, favoreciendo su estabilización en el espacio extracelular. Debido a sus orígenes endógenos, los exosomas también exhiben una alta biocompatibilidad. Finalmente, los exosomas tienen una excelente capacidad de penetración en tejidos y células. Gracias a estas propiedades, los exosomas tienen el potencial de superar varias de las limitaciones asociadas con otros sistemas de administración de fármacos. De hecho, los investigadores están empezando a reconocer las ventajas que los exosomas poseen sobre otros sistemas transportadores de fármacos.
Perspectivas de CAS sobre la investigación de exosomas
Un análisis de la CAS Content Collection™ —la mayor colección de conocimiento científico publicado curada por expertos humanos— ha revelado perspectivas fascinantes sobre las tendencias de publicación de los exosomas. Actualmente, existen más de 40 000 publicaciones científicas (artículos de revistas y patentes) en la CAS Content Collection relacionadas con los exosomas/vesículas extracelulares, con un crecimiento constante y exponencial a lo largo del tiempo (Figura 2).
Figura 2. Tendencias de publicación en revistas y patentes de la investigación sobre exosomas en la administración de fármacos y el diagnóstico, y su asociación con la financiación de la investigación. (A) Tendencias en el número de publicaciones relacionadas con los exosomas en la administración de fármacos y el diagnóstico, incluidos artículos de revistas y patentes. (B) Número de documentos procedentes de organizaciones en EE. UU. en correlación con la financiación anual de los NIH.
En los últimos 3 o 4 años, los exosomas se han vuelto preferibles a las nanopartículas lipídicas (LNP) como posibles transportadores de fármacos, y el número de documentos, incluidas patentes y artículos de revistas, relacionados con los exosomas aplicados en la administración de fármacos ha superado significativamente al de las LNP (Figura 3).
Figura 3. Tendencias de publicación sobre exosomas y nanopartículas lipídicas aplicadas a la administración de fármacos. (A) Comparación de las tendencias en el número de publicaciones relacionadas con exosomas y nanopartículas lipídicas. (B) Se comparan los porcentajes correspondientes de publicaciones relacionadas con exosomas (EX) y nanopartículas lipídicas (LNP) en artículos de revistas (JRN) y patentes (PAT).
Los principales actores en la investigación de exosomas
Según la CAS Content Collection, Estados Unidos, China, Corea y Japón lideran la investigación sobre exosomas, con el mayor número de artículos de revistas y patentes publicados sobre este tema. La actividad de patentado relacionada con los exosomas se reparte equitativamente entre instituciones corporativas y académicas, lo que subraya el reconocimiento universal de su potencial en la administración de fármacos, el diagnóstico y otros ámbitos. MD Healthcare, Codiak Biosciences y OncoTherapy Science poseen el mayor número de patentes entre todas las empresas, mientras que la Universidad de California, la Universidad de Louisville y la Universidad de Zhejiang son las universidades y hospitales líderes (Figura 4). En cuanto a la distribución de patentes, la Organización Mundial de la Propiedad Intelectual (OMPI) recibió el mayor número de solicitudes, seguida de las oficinas de patentes de EE. UU. y China, la Oficina Europea de Patentes (OEP) y las oficinas de patentes de Corea y Japón.
Figura 4. Principales titulares de patentes de empresas (A) y universidades y hospitales (B) para patentes relacionadas con aplicaciones de exosomas en la administración de fármacos y el diagnóstico.
El potencial de los exosomas
Debido a sus propiedades únicas y a su papel en una amplia gama de procesos fisiológicos y patológicos, los exosomas se han convertido en una estrella emergente en la administración de fármacos y el diagnóstico. Las posibles aplicaciones de estos nanotransportadores naturales parecen ilimitadas, explorándose también su uso en cosmética y alimentación.
En nuestra próxima entrada de la serie, profundizaremos en las principales aplicaciones terapéuticas de los exosomas en la administración de fármacos y el diagnóstico con más información de la CAS Content Collection. Mientras tanto, puede leer más sobre este tema en nuestro Informe sobre exosomas.
