外泌体是细胞在正常生理状态或特定病理条件下释放的一类纳米级细胞外囊泡。在我们之前关于外泌体演化的博客中，我们讨论了这些天然纳米颗粒的发展历程，从其最初的发现到近期细胞外囊泡研究的蓬勃发展。
在本系列三篇博客的第二部分，我们将进一步探讨来自CAS内容合集™（全球最大的人工标引科学知识库）的见解，总结外泌体疗法在药物递送和诊断中的关键应用。
外泌体疗法的研究趋势
利用CAS内容合集，我们分析了科学出版物中与外泌体在药物递送和诊断应用相关的关键概念及其趋势（图1）。“靶向”和“生物标志物”这两个关键词位居前列，反映了人们对外泌体治疗潜力的日益关注。值得注意的是，对2017年至2021年间关键概念的分析显示，“血脑屏障”一词在过去两年中急剧增加，表明这是外泌体疗法研究中的一个热门课题。正如我们在第一部分中所了解到的，外泌体能够穿过血脑屏障。这种穿透高度选择性屏障的能力，不仅使外泌体成为有价值的诊断工具，还可能提供一种将治疗药物递送至大脑的途径，从而有助于治疗癌症和创伤性脑损伤。
图1。与外泌体在药物递送和诊断应用相关的科学出版物中的关键概念：（A）探索与外泌体治疗和诊断应用相关关键概念的出版物数量。（B）2017年至2021年间，外泌体治疗应用及诊断相关文章中关键概念的趋势。百分比根据每个关键概念的年度出版数量计算，并按同期该概念的出版物总数进行归一化处理。
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外泌体疗法的关键第一步：外泌体的分离与纯化
在外泌体应用于大规模医疗实践之前，必须将其与各种细胞碎片和干扰成分精确区分开来。目前尚无单一标准化的外泌体分离和分析方法，每种方法都有其独特的优势和局限性（总结于表1）。虽然超速离心法曾被视为金标准，但近年来，沉淀法和微流控技术因其能够在不造成潜在损伤的情况下纯化外泌体而更受欢迎（图2）。结合多种方法被认为是提高分离效果的可行策略。其目的是获得在尺寸、形态、浓度、外泌体富集标记物存在情况以及无污染物方面具有高纯度的外泌体亚群。
表1。 外泌体分离/纯化的主要方法
图2。 2014年至2021年间，与外泌体治疗应用及诊断相关的不同分离方法的文件数量趋势。（百分比根据每种分离方法的年度出版数量计算，并按同期该方法出版物总数进行归一化处理。）
外泌体疗法与药物递送
一旦外泌体被提取和纯化，我们该如何将其转化为有效的药物递送系统？幸运的是，外泌体天生适合这一角色，它结合了合成纳米载体和细胞介导药物递送系统的优点，同时规避了它们的局限性。利用这些特性的第一步是“载药”，即向外泌体中装载治疗物质的过程。目前已采用多种载药方法，每种方法各有利弊（表2）。
表2。载药技术
作为细胞间的信使，外泌体在不同的生理过程中发挥着至关重要的作用。因此，由不同组织和细胞分泌的外泌体表现出独特的性质。例如，肿瘤来源的外泌体已被发现会影响肿瘤的生长、血管生成、侵袭和转移等特性。相比之下，来自间充质干细胞（MSCs）的外泌体具有使其成为支持和补充其他治疗方式的理想佐剂的特性。事实上，美国公司Direct Biologics正在临床试验中探索MSC来源的治疗药物ExoFlo在溃疡性结肠炎、实体器官排斥反应和COVID-19等疾病中的应用。
尽管外泌体疗法的潜在应用范围广泛，但目前外泌体研究最集中的领域仍是癌症，其次是炎症和感染。通过分析外泌体供体细胞与所应用疾病之间的相关性，可以发现明显的规律。抗原呈递细胞和自然杀伤细胞最常用于癌症研究。巨噬细胞和干细胞最常用于炎症研究，而抗原呈递细胞和T细胞则常用于感染研究（图3）。
图 3。根据 CAS 内容合集中的文献数量统计，外泌体供体细胞与外泌体疗法及诊断研究中所应用疾病之间的相关性。
外泌体疗法的多样化应用目标
外泌体作为治疗药物是另一个快速扩展且值得关注的应用领域。外泌体系统已被用作多种疾病的治疗或诊断工具。我们对 CAS 内容合集的分析显示，大多数关于外泌体疗法的出版物（68%）与癌症相关。研究表明，外泌体微小 RNA（miRNA）能够抑制癌细胞的增殖、迁移和侵袭。这一方法已在多种恶性细胞亚型中得到探索，包括 膀胱癌、结直肠癌和乳腺癌。外泌体在神经退行性疾病、炎症和心血管疾病方面也具有巨大的治疗潜力，这些疾病同样在图中有所体现（图 4）。
图 4。CAS 内容合集中与外泌体疗法及诊断应用相关的出版物按目标疾病的分布情况。
由于外泌体参与了癌症等疾病的发病机制，一种成功的治疗策略可能涉及将升高的外泌体产生和循环水平降低至正常水平，以防止疾病进展。多项正在进行的研究正在探索在不同步骤调节外泌体治疗途径的影响，包括其产生、释放和摄取过程。物理清除外泌体的方法也已在癌细胞中得到探索，研究人员推测这种清除方式可以阻断促进肿瘤进展的肿瘤细胞间通讯。
外泌体的诊断用途
要实现临床应用，生物标志物必须具备多种特性。它应易于获取、具有成本效益、特异性强、高度敏感且可测量。得益于其独特的性质，外泌体已经满足了其中多项要求，在诊断灵敏度和准确性方面表现出优于传统血清生物标志物的优势。
以这种治疗方式应用外泌体具有多重优势。首先，由于细胞的病理状态会极大地影响外泌体的内容物（如在阿尔茨海默病中所观察到的），研究这些细胞外囊泡可以为了解组织的疾病状态提供窗口。它们还天生稳定，其脂质双分子层使其即使在严苛的微环境中也能抵御降解。在实用性方面，外泌体可以轻松且无创地从尿液、血液甚至泪液等生物流体中分离出来。提取后，它们可以通过冷冻、冷冻干燥或喷雾干燥进行储存。最后，与许多传统的血清生物标志物不同，外泌体能够穿过血脑屏障，提供有关脑细胞的信息，而这些信息在其他情况下很难获得。目前正在探索几种候选外泌体蛋白质生物标志物（表 3）和核酸生物标志物（表 4）。有关这些生物标志物的完整列表，请参阅我们的 ACS 出版物：《外泌体——天然脂质纳米颗粒，药物递送与诊断领域的新星》。
表 3。用于临床诊断应用的外泌体蛋白质示例
对 CAS 内容合集的分析显示，外泌体作为生物标志物所受到的关注，体现在与外泌体疗法及诊断应用相关的文献数量的显著增长上（图 5）。虽然乍看之下治疗相关的文献似乎占据主导地位，但两类应用的文献比例实际上分布均匀。
图 5。外泌体的诊断与治疗应用对比：（A）外泌体疗法与诊断应用相关文献数量的比较；插图：外泌体在疗法与诊断应用相关文献的年度增长情况。（B）外泌体在疗法与诊断应用中按其角色指标（THU，治疗；DGN，诊断）的文献数量比较。
尽管目前的外泌体疗法研究前景广阔，但许多研究仍处于临床前阶段。那么，我们距离充分发挥外泌体在治疗和诊断方面的潜力还有多远？阻碍我们前进的障碍和挑战又是什么？在我们的系列文章的最后一篇中，我们将揭示外泌体研究的关键参与者，并提供这一激动人心且充满活力的领域中关键研究计划的最新进展。在此期间，您可以阅读我们的《外泌体洞察报告》以了解更多信息。
