Os exossomos são um subconjunto de vesículas extracelulares de tamanho nanométrico liberadas pelas células como parte de sua fisiologia normal ou sob certas patologias. Em nosso blog anterior sobre evolução exossomal, discutimos o avanço dessas nanopartículas naturais, desde sua descoberta inicial até o recente crescimento na pesquisa de vesículas extracelulares.
Na segunda parte desta série de três blogs, exploraremos mais percepções da CAS Content Collection™, a maior coleção de conhecimento científico publicado com curadoria humana, resumindo as principais aplicações da terapia com exossomos na administração de medicamentos e no diagnóstico.
Tendências crescentes na pesquisa de terapia com exossomos
Usando a CAS Content Collection, analisamos a presença e as tendências de certos conceitos-chave em publicações científicas relevantes para as aplicações de exossomos na administração de medicamentos e no diagnóstico (Figura 1). As palavras-chave "direcionamento" e "biomarcador" destacaram-se, refletindo o crescente interesse em exossomos na terapêutica. Significativamente, a análise dos conceitos-chave durante os anos de 2017 a 2021 revelou um aumento acentuado no termo "barreira hematoencefálica" nos últimos dois anos, indicando que este é um tema em alta na pesquisa de terapia com exossomos. Como aprendemos na primeira parte, os exossomos podem atravessar a barreira hematoencefálica. A capacidade de cruzar essa fronteira altamente seletiva não apenas torna os exossomos ferramentas diagnósticas valiosas, mas também pode fornecer um meio de entregar carga terapêutica ao cérebro, ajudando a tratar câncer e lesões cerebrais traumáticas.
Figura 1. Conceitos-chave em publicações científicas relevantes para as aplicações de exossomos na administração de medicamentos e no diagnóstico: (A) Número de publicações explorando conceitos-chave relacionados às aplicações de exossomos na terapia e no diagnóstico. (B) Tendências nos conceitos-chave apresentados nos artigos relacionados às aplicações da terapia com exossomos e diagnóstico durante os anos de 2017−2021. As porcentagens são calculadas com os números anuais de publicações para cada conceito-chave, normalizados pelo número total de publicações para o mesmo conceito no mesmo período.
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O primeiro passo vital na terapia com exossomos: isolar e purificar exossomos
Antes que os exossomos possam ser utilizados na prática médica em larga escala, é crucial que essas partículas de tamanho nanométrico sejam distinguidas com precisão de um amplo espectro de detritos celulares e componentes interferentes. Não existe uma abordagem única padronizada para a separação e análise de exossomos, sendo que cada método oferece pontos fortes e limitações únicos (resumidos na Tabela 1). Embora a ultracentrifugação já tenha sido considerada o padrão-ouro, nos últimos anos os métodos de precipitação e microfluídicos tornaram-se mais populares devido à sua capacidade de purificar exossomos sem causar danos potenciais (Figura 2). Uma combinação de vários desses métodos foi sugerida como uma estratégia promissora para a melhoria do resultado do isolamento. O objetivo é fornecer subconjuntos de exossomos com alta pureza em relação ao tamanho, morfologia, concentração, presença de marcadores enriquecidos em exossomos e ausência de contaminantes.
Tabela 1. Principais métodos de isolamento/purificação de exossomos
Figura 2. Tendências no número de documentos relacionados às aplicações da terapia com exossomos e diagnóstico referentes a vários métodos de isolamento de exossomos durante os anos de 2014−2021. (As porcentagens são calculadas com os números anuais de publicações para cada método de isolamento, normalizados pelo número total de publicações para o mesmo método de isolamento no mesmo período.)
Terapia com exossomos e administração de medicamentos
Uma vez que os exossomos tenham sido extraídos e purificados, como podemos transformá-los em sistemas eficazes de administração de medicamentos? Felizmente, os exossomos são feitos para essa função, combinando os benefícios de nanocarreadores sintéticos e sistemas de administração de medicamentos mediados por células, evitando suas limitações. O primeiro passo para aproveitar essas propriedades é o "carregamento de carga", o processo de preencher os exossomos com materiais terapêuticos. Vários métodos de carregamento de carga foram empregados para esse fim, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens (Tabela 2).
Tabela 2. Técnicas de carregamento de carga
Como uma forma de mensageiros intercelulares, os exossomos desempenham um papel crucial em diferentes processos fisiológicos. Como tal, os exossomos secretados por diferentes tecidos e células exibem propriedades únicas. Por exemplo, exossomos derivados de tumores demonstraram impactar propriedades tumorais como crescimento, angiogênese, invasão e metástase. Em contraste, exossomos de células-tronco mesenquimais (CTMs) possuem propriedades que os tornam ideais para uso como adjuvantes para apoiar e complementar outras modalidades terapêuticas. De fato, uma empresa sediada nos EUA, a Direct Biologics, está explorando a utilidade do terapêutico derivado de CTMs, ExoFlo, em ensaios clínicos para colite ulcerativa, rejeição de órgãos sólidos e COVID-19, para citar alguns.
Embora as aplicações potenciais da terapia com exossomos sejam abrangentes, de longe a área mais comum de pesquisa exossomal é o câncer, seguida por inflamação e infecção. Ao analisar a correlação entre as células doadoras de exossomos e as doenças às quais foram aplicadas, um padrão claro emerge. Células apresentadoras de antígenos e células natural killer são usadas com mais frequência em estudos de câncer. Macrófagos e células-tronco são os mais utilizados em inflamação, enquanto células apresentadoras de antígenos e células T são frequentemente usadas em infecções (Figura 3).
Figura 3. Correlação entre células doadoras de exossomos e as doenças às quais os exossomos foram aplicados em estudos relacionados à terapia e diagnóstico com exossomos, conforme representado pelo número de documentos na CAS Content Collection.
As variadas aplicações direcionadas da terapia com exossomos
Outra aplicação notável e em rápida expansão dos exossomos é o seu uso como agentes terapêuticos. Sistemas de exossomos têm sido aplicados como ferramentas terapêuticas ou diagnósticas para uma ampla gama de distúrbios. Nossa análise da CAS Content Collection mostra que a maioria das publicações (68%) sobre terapia com exossomos está associada ao câncer. Demonstrou-se que microRNAs (miRNAs) exossomais inibem a proliferação, migração e invasão de células cancerígenas. Essa abordagem tem sido explorada em vários subtipos de células malignas, incluindo aqueles para câncer de bexiga, colorretal e de mama. Os exossomos também possuem um enorme potencial terapêutico em doenças neurodegenerativas, inflamatórias e cardiovasculares, que também estão representadas (Figura 4).
Figura 4. Distribuição das publicações na CAS Content Collection relacionadas às aplicações de terapia e diagnóstico com exossomos em relação às doenças-alvo.
Como os exossomos estão envolvidos na patogênese de doenças como o câncer, uma estratégia terapêutica bem-sucedida pode envolver reduzir a produção e circulação elevadas de exossomos a níveis normais para prevenir a progressão da doença. Vários estudos em andamento estão explorando os impactos da modulação da via de terapia com exossomos em várias etapas, incluindo sua produção, liberação e captação. A eliminação física de exossomos também tem sido explorada em células cancerígenas, com pesquisadores levantando a hipótese de que essa eliminação pode dificultar a comunicação entre células tumorais que contribuem para a progressão do tumor.
Uso diagnóstico de exossomos
Para ser viável para uso clínico, um biomarcador deve exibir várias propriedades. Deve ser de fácil acesso, econômico, específico, altamente sensível e mensurável. Devido às suas propriedades únicas, os exossomos já atendem a vários desses requisitos, mostrando superioridade em relação aos biomarcadores convencionais baseados em soro, particularmente no que diz respeito à sensibilidade e precisão diagnósticas.
Existem várias vantagens em empregar exossomos dessa forma terapêutica. Primeiramente, como o estado patológico das células afeta muito o conteúdo dos exossomos (como observado na doença de Alzheimer), estudar essas vesículas extracelulares pode fornecer uma janela para o estado da doença do tecido. Eles também são inerentemente estáveis, com uma bicamada lipídica que lhes permite resistir à degradação mesmo em microambientes hostis. Em termos de praticidade, os exossomos podem ser isolados de forma fácil e não invasiva de fluidos biológicos como urina, sangue e até lágrimas. Uma vez extraídos, eles podem ser armazenados por congelamento, liofilização ou secagem por pulverização. Finalmente, ao contrário de muitos biomarcadores séricos convencionais, os exossomos podem atravessar a barreira hematoencefálica, fornecendo informações sobre células cerebrais que seriam difíceis de obter de outra forma. Vários candidatos a biomarcadores proteicos exossomais (Tabela 3) e biomarcadores de ácido nucleico (Tabela 4) estão sendo explorados atualmente. Para a lista expandida desses biomarcadores, consulte nossa publicação da ACS, Exosomes – Nature’s Lipid Nanoparticles, A Rising Star in Drug Delivery and Diagnostics.
Tabela 3. Exemplos de proteínas exossomais para aplicações de diagnóstico clínico
O interesse nos exossomos como biomarcadores reflete-se no crescimento extensivo do número de documentos relacionados às aplicações de terapia e diagnóstico com exossomos, conforme revelado pela análise da CAS Content Collection (Figura 5). Embora pareça à primeira vista que os documentos relacionados à terapêutica superam os demais, a porcentagem geral de documentos é distribuída igualmente entre ambas as aplicações.
Figura 5. Aplicação diagnóstica vs. terapêutica de exossomos: (A) Comparação do número de documentos relacionados às aplicações de terapia vs. diagnóstico com exossomos; Inserção: Crescimento anual do número de documentos relacionados a aplicações de exossomos em terapia vs. diagnóstico. (B) Comparação do número de documentos relacionados a aplicações de exossomos em terapia vs. diagnóstico com relação aos seus indicadores de função (THU, terapêutico; DGN, diagnóstico).
Embora a pesquisa atual sobre terapia com exossomos seja promissora, muitos estudos permanecem na fase pré-clínica. Dito isso, quão perto estamos de utilizar todo o potencial dos exossomos na terapêutica e no diagnóstico? Quais são os obstáculos e desafios que estão em nosso caminho? Em nosso artigo final da série, revelaremos os principais atores na pesquisa de exossomos com atualizações sobre as principais iniciativas de pesquisa neste campo empolgante e dinâmico. Enquanto isso, você pode ler mais em nosso Relatório de Insights sobre Exossomos.
