外泌体研究:从血小板微尘到开创性疗法

Janet Sasso, Information Scientist/CAS
Exosome CAS Insights article 3

外泌体是一种纳米大小的细胞外囊泡子集,是细胞正常生理状态的一部分,或在脂质二重膜包裹的某些病理状态下从细胞中释放出。 它们最初是作为人类血浆中的“血小板微尘”被发现的,此后发现它们由大多数真核细胞分泌,参与了广泛的生理和病理过程。

在之前的博客中,我们对外泌体布局进行了概述,并介绍了外泌体在药物递送和诊断中的潜在用途。 在我们由三部分组成的博客系列的最后一部分,将重点介绍这些领域外泌体研究的广度,并探索在这一动态领域的关键开发和未来前景。

治疗性外泌体研究中的关键因素

利用外泌体进行治疗的公司数量正在迅速增加,临床前和临床公司都通过其渠道推进外泌体治疗。 借助 CAS 内容合集™ 这一最大的人工收录的已发表科学文献合集,我们探讨了这些治疗公司关注的目标疾病。 我们发现,外泌体研究中最具代表性的靶向疾病是癌症、神经和神经退行性疾病、肺部疾病和伤口愈合,这表明这些领域存在大量候选外泌体产品(图 1)。 虽然大多数外泌体研究平台公司的投资组合涵盖多个治疗领域(如 VivaZomeAvalon GlobocareVitti Labs),但一些公司往往专注于特定领域,如 Kimera Labs 专注于皮肤再生和伤口愈合。

CAS 外泌体 3 图
图 1. 可观的治疗性外泌体研究公司和靶向疾病。

一项对投资于临床前外泌体研究的公司的评估显示,美国在治疗性外泌体产品的多样化方面处于领先地位。 总部位于加利福尼亚州的生物技术公司 Capricor Therapeutics 正在开发多种外泌体平台,包括心球衍生细胞外泌体、工程化外泌体和基于外泌体的 COVID-19 疫苗。 尽管他们的外泌体平台仍处于临床前阶段,但他们已经在多个适应症中看到了可观的数据,并与其他学术机构合作推动外泌体研究的发展。

Xollent Biotech 是外泌体研究的另一个关键参与者,拥有多种外泌体疗法。 外泌体的多功能性允许采用多种给药途径,治疗方法包括用于治疗心肌梗死的静脉贴剂、用于治疗脱发的喷雾以及用于对抗皮肤老化的无针注射。 其他专注于化妆品的公司包括 Exocel BioFlorica Therapeutics,这些公司正在探索再生干细胞衍生的外泌体疗法,用于美容和抗衰老。

诊断性外泌体研究:当前进展和未来方向

正如我们在本系列上一篇博客中所探讨的,外泌体具有多种特性,包括耐久性、特异性和敏感性,这就使其成为理想的生物标志物。 因此,外泌体作为生物标志物和诊断测试的应用是一个日益增长的研究兴趣领域。 尽管研究仍处于初级阶段,但有几家公司已在该领域开展了临床前外泌体研究,尤其是在癌症方面。 著名示例包括 Mercy Bioanalytics 及其用于早期癌症检测的晕圈法,以及德州大学安德森癌症中心探究 glypican-1 阳性循环外泌体用于检测早期胰腺癌症的研究。

组织也在优化其他治疗领域的诊断方法。 例如,美国哈佛大学医学院与中国温州医科大学合作,采用一种通过快速分离系统 (iTEARS) 进行泪液外泌体分析的方法,该方法在干眼病和糖尿病视网膜病变的分子诊断中显示出了潜力。 神经退行性疾病也是外泌体生物标志物研究的一个关键点。 加州大学旧金山分校医疗中心的研究人员发现了一组生物标记物,可以在早发性阿尔茨海默病的诊断中发挥作用。

临床试验中的外泌体治疗

目前,在 https://clinicaltrials.gov 上注册的外泌体治疗临床试验总数为 59 个。 外泌体治疗药物研究最多的靶向疾病包括肺部疾病(11 项临床试验)、SARS-CoV-2 感染(9 项临床试验)以及癌症、心脏病和神经系统疾病(均为 4 项临床试验)。 表 1 列出了与这些疾病相关的重点临床试验。 请参阅我们最近发布的外泌体洞察报告,了解更全面的治疗性临床试验列表。

表 1. 外泌体治疗重点临床试验

公司/医疗中心/大学(位置) 外泌体 治疗的疾病 临床试验编号 临床试验阶段或状态(开始日期)
安德森癌症中心(美国) 含 KrasG12D siRNA 的间充质干细胞 (MSC) 衍生的外泌体 (iExosomes) KrasG12D 突变的转移性胰腺癌 NCT03608631 I 期(2018 年)
Organicell Regenerative Medicine(美国) 羊水衍生外泌体/Zofin(有机细胞流动) 轻/中度 COVID-19 NCT04657406 扩展性应用状况:可行(2020 年)
emoveDirect Biologics(美国) 骨髓间充质干细胞 (MSC) 衍生外泌体/DB-001/ExoFlo COVID-19 急性呼吸窘迫综合征 (ARDS) NCT04657458 扩展性应用状况:可行(2020 年)
瑞金医院(中国) 脂肪间充质干细胞衍生外泌体 (MSC-Exos) 阿尔茨海默病诱发的痴呆 NCT04388982 I/II 期(2020 年)

临床试验中的外泌体诊断

目前,在 https://clinicaltrials.gov 上共有 208 个外泌体诊断的临床试验。 超过一半的临床试验(108 项临床试验)与利用外泌体进行癌症诊断有关。 其他具有高度代表性的疾病包括神经系统疾病(15 项临床试验)、心血管疾病(13 项临床实验)和肺部疾病(6 项临床试验)。 对这些疾病进行早期诊断能实现更好的预后。 大量外泌体诊断临床试验凸显了外泌体应用于早期疾病诊断的价值和优势。 表 2 重点介绍了与这些疾病的外泌体诊断相关的公司、医疗中心和大学。 请参阅我们最近发布的外泌体洞察报告,了解更全面的诊断性临床试验列表。

表 2. 外泌体诊断重点临床试验

公司/医疗中心/大学(位置) 外泌体(疾病靶标) 诊断的疾病 临床试验编号 临床试验状态(开始日期)
阿拉巴马大学伯明翰分校(美国) 血液或尿液衍生外泌体 (LRRK2) 帕金森病 NCT04350177 已完成(2013 年)
波士顿大学(美国) 血浆衍生外泌体 (tau) 慢性创伤性脑病变 (CTE) NCT02798185 正在进行(2016 年)
外泌体诊断(美国) 尿液衍生外泌体(ERG、PCA3 和 SPDEF) 前列腺癌 NCT02702856 已完成(2016 年)
立陶宛健康科学大学(立陶宛) 嗜酸粒细胞衍生外泌体 哮喘 NCT04542902 招募中(2020 年)

外泌体作为临床试验中的疾病靶标

使用外泌体作为靶点是另一种正在探索的疾病治疗途径。 Aethlon Medical 是一家总部位于加利福尼亚的临床公司,该公司设计了一种名为血液净化器的试验医疗设备。 针对循环外泌体,血液净化器能捕获病毒、细菌毒素和癌症外泌体以治疗疾病。 迄今为止,Aethlon 已使用血液净化剂对埃博拉、丙型肝炎、艾滋病毒和 COVID-19 患者进行了治疗。 表 3 中探讨了该公司目前的两项临床试验。

表 3. 靶向外泌体(物理消除)用于疾病治疗的重点临床试验

公司(位置) 外泌体 治疗的疾病 临床试验编号 临床试验状态(开始日期)
Aethlon Medical(美国宾夕法尼亚州) 循环外泌体 新冠肺炎 NCT04595903 招募中(2021 年)
Aethlon Medical(美国宾夕法尼亚州) 循环外泌体 头颈部鳞状细胞癌 NCT04453046 招募中(2020 年)

克服外泌体研究中的突出挑战

外泌体是一个令人兴奋的研究领域,在诊断和治疗方面都具有巨大的潜力。 然而,尽管外泌体的临床应用前景广阔,目前仍受到知识空白的阻碍。 因此,未来工作必须集中在优先考虑外泌体生物起源和摄取的确切机制,以及阐明它们与靶细胞的相互作用,这将帮助研究人员提高其治疗潜力。 外泌体研究中要克服的另一个主要障碍是外泌体分离目前所面临的挑战,这些过程缺乏标准化,从而使得临床应用有所延迟。 最后,外泌体应用的广度将意味着需要澄清具体的监管分类和管辖问题,以便制定开发计划。

虽然重大的知识差距有待解决,但外泌体研究为治疗多种疾病提供了重大机遇,从血小板微尘开始,我们已经走过了一段漫长的历程。

请参阅我们最近发布的外泌体洞察报告了解更多信息。

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