Apelidados de "nanopartículas lipídicas da natureza", os exossomos são um subconjunto de vesículas extracelulares liberadas pelas células como parte de sua fisiologia normal ou sob certas patologias. Eles estão ganhando a atenção da comunidade científica devido à sua capacidade de transportar mensagens entre células na forma de proteínas, ácidos nucleicos e outras biomoléculas. Sua promessa em terapêutica e diagnóstico está despertando o interesse de instituições corporativas e acadêmicas. Para prever e aproveitar totalmente o potencial do exossomo, é importante entender a profundidade e a amplitude do cenário de pesquisa.
Nesta série de três partes, exploramos a história dos exossomos antes de descrever as pesquisas exossomais mais recentes em entrega de medicamentos e diagnóstico. Usando insights da CAS Content Collection™, fornecemos uma visão panorâmica dos recentes avanços na pesquisa sobre aplicações de exossomos, destacando as oportunidades e os desafios nesta área em rápida expansão.
A evolução das aplicações de exossomos
Há mais de 50 anos, pesquisadores observaram pela primeira vez partículas minúsculas no plasma humano. Eles descobriram que esse material — que chamaram de "poeira plaquetária" — era rico em lipídios e provavelmente estava envolvido na ativação plaquetária. No entanto, foi apenas na década de 1980 que essas vesículas extracelulares de 30–150 nm foram definidas pela primeira vez e o nome "exossomos" foi cunhado.
Assim como os lipossomos, os exossomos são compostos por uma membrana lipídica e um meio aquoso interno. No entanto, descobriu-se que os exossomos são mais complexos em estrutura, contendo uma grande variedade de proteínas e lipídios. Produzidos no compartimento endossômico da maioria das células eucarióticas, os exossomos são subsequentemente liberados no espaço extracelular por fusão com a membrana plasmática. Após a liberação da célula secretora, eles transmitem mensagens para as células receptoras através de vários mecanismos, incluindo interação com receptores de superfície, fusão de membrana, bem como endocitose mediada por receptor, fagocitose e/ou micropinocitose (Figura 1).
Figura 1. Representação esquemática da biogênese e secreção de exossomos. O detalhe mostra os constituintes moleculares dos exossomos.
Desde sua caracterização inicial, estudos adicionais revelaram que os exossomos são secretados pela maioria dos tipos celulares viáveis, incluindo células imunes, células epiteliais intestinais e neurônios. Os exossomos também estão presentes em uma variedade de fluidos biológicos, como sangue, urina, saliva, leite materno, fluidos amniótico, sinovial, cerebrospinal e até mesmo lágrimas.
A via exossomal de tráfego intercelular desempenha um papel significativo em muitas características da saúde e da doença, incluindo imunidade, homeostase tecidual e regeneração. Os exossomos permitem comunicação e sinalização intercelular eficiente entre células e através de barreiras biológicas (incluindo a barreira hematoencefálica). Os exossomos são sistemas de transporte celular eficazes, capazes de transportar "cargas" bioativas, como proteínas, lipídios e ácidos nucleicos. Embora os exossomos estejam envolvidos em importantes atividades fisiológicas, eles também desempenham um papel significativo na patogênese de doenças, incluindo câncer, doenças cardiovasculares e neurodegenerativas, e infecções virais.
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Propriedades únicas das partículas de exossomos
Para entender como essas pequenas partículas podem induzir efeitos de tão grande escala, vamos considerar suas propriedades únicas. Primeiramente, elas são inerentemente estáveis devido à sua membrana de bicamada lipídica, permitindo que circulem mesmo no ambiente hostil do microambiente tumoral. Sua bicamada lipídica também minimiza a imunogenicidade e a toxicidade, apoiando sua estabilização no espaço extracelular. Devido às suas origens endógenas, os exossomos também exibem alta biocompatibilidade. Finalmente, os exossomos têm uma excelente capacidade de penetração em tecidos/células. Devido a essas propriedades, os exossomos têm o potencial de superar várias das limitações associadas a outros sistemas de entrega de medicamentos. De fato, os pesquisadores estão começando a reconhecer as vantagens que os exossomos possuem sobre outros sistemas transportadores de medicamentos.
Insights da CAS sobre a pesquisa de exossomos
Uma análise da CAS Content Collection™ — a maior coleção de conhecimento científico publicado com curadoria humana — revelou insights fascinantes sobre as tendências de publicação de exossomos. Atualmente, existem mais de 40.000 publicações científicas (artigos de periódicos e patentes) na CAS Content Collection relacionadas a exossomos/vesículas extracelulares, com um crescimento constante e exponencial ao longo do tempo (Figura 2).
Figura 2. Tendências de publicação de periódicos e patentes de pesquisa de exossomos em entrega de medicamentos e diagnóstico e a associação com o financiamento de pesquisa. (A) Tendências no número de publicações relacionadas a exossomos em entrega de medicamentos e diagnóstico, incluindo artigos de periódicos e patentes. (B) Número de documentos originários de organizações nos EUA correlacionados com o financiamento anual do NIH.
Nos últimos 3 a 4 anos, os exossomos tornaram-se preferíveis às nanopartículas lipídicas (LNPs) como potenciais transportadores de medicamentos, e o número de documentos, incluindo patentes e artigos de periódicos, relacionados a exossomos aplicados na entrega de medicamentos superou significativamente o de LNPs (Figura 3).
Figura 3. Tendências de publicação sobre exossomos e nanopartículas lipídicas aplicadas à entrega de fármacos. (A) Comparação das tendências no número de publicações relacionadas a exossomos e nanopartículas lipídicas. (B) Percentuais correspondentes de publicações relacionadas a exossomos (EX) e nanopartículas lipídicas (LNP) em artigos de periódicos (JRN) e patentes (PAT) são comparados.
Os principais atores na pesquisa de exossomos
De acordo com a CAS Content Collection, Estados Unidos, China, Coreia e Japão lideram a pesquisa de exossomos, com o maior número de artigos científicos e patentes publicados sobre o tema. A atividade de patenteamento relacionada a exossomos também é dividida igualmente entre instituições corporativas e acadêmicas, destacando o reconhecimento universal de seu potencial na entrega de fármacos, diagnósticos e além. MD Healthcare, Codiak Biosciences e OncoTherapy Science possuem o maior número de patentes entre todas as empresas, enquanto a Universidade da Califórnia, a Universidade de Louisville e a Universidade de Zhejiang são as principais universidades e hospitais (Figura 4). Em termos de distribuição de patentes, a Organização Mundial da Propriedade Intelectual (OMPI) recebeu o maior número de pedidos, seguida pelos escritórios de patentes dos EUA e da China, pelo Escritório Europeu de Patentes (EPO) e pelos escritórios de patentes da Coreia e do Japão.
Figura 4. Principais detentores de patentes entre empresas (A) e universidades e hospitais (B) para patentes relacionadas a aplicações de exossomos em entrega de fármacos e diagnósticos.
A promessa dos exossomos
Devido às suas propriedades únicas e ao seu papel em uma ampla gama de processos fisiológicos e patológicos, os exossomos surgiram como uma estrela em ascensão na entrega de fármacos e diagnósticos. As aplicações potenciais desses nanotransportadores naturais parecem ilimitadas, com perspectivas de uso em cosméticos e alimentos também sendo exploradas.
Em nosso próximo blog da série, vamos nos aprofundar nas principais aplicações terapêuticas dos exossomos na entrega de fármacos e diagnósticos com mais insights da CAS Content Collection. Enquanto isso, você pode ler mais sobre este tópico em nosso Relatório de Insights sobre Exossomos.
