Preview

Трансляционная медицина

Расширенный поиск

Природные и искусственные экзосомы для трансляционной наномедицины

https://doi.org/10.18705/2311-4495-2025-12-1-80-93

EDN: YICJVA

Аннотация

Экзосомы представляют собой сферические внеклеточные нановезикулы эндосомального происхождения, функция которых заключается в инкапсулировании части содержимого родительских клеток, продуцирующих их, и транспортировке этого содержимого к целевым клеткам-реципиентам с помощью биологических жидкостей. Благодаря своим свойствам экзосомы рассматриваются как потенциальные биологические системы доставки лекарственных препаратов (ЛП) в клетки-мишени. Для медицинских целей экзосомы выделяются из различных природных источников. Использование каждого типа экзосом в терапевтических целях имеет свои преимущества, но и сопряжено в той или иной степени с рядом биологических (стабильность, иммуногенность, токсичность) и технических (масштабирование производства, стандартизация выделения, загрузка ЛП) проблем. Экзосомы, полученные из клеток человека, имеют значительный потенциал в качестве средств доставки ЛП благодаря своему эндогенному происхождению. Однако одновременно с доставкой ЛП экзосомы человека могут переносить потенциально опасные биомолекулы. Экзосомы молока сельскохозяйственных животных и экзосомоподобные везикулы, продуцируемые растениями, имеют сами по себе огромный терапевтический потенциал и безопасны в качестве средств доставки ЛП. Однако данные об их воздействии на организм человека ограничены. Искусственные экзосомы, созданные с помощью нанобиотехнологий, позволяют преодолеть многие из технических ограничений, присущих природным экзосомам. В обзоре обсуждаются сильные стороны и ограничения разных типов природных и искусственных экзосом как наноносителей для доставки ЛП, а также проблемы, связанные с их внедрением в клиническую практику

Об авторах

А. Г. Полищук
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Российский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика А. М. Гранова» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия

Полищук Анна Генриховна, к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории генной инженерии 

ул. Ленинградская, 70, пос. Песочный, Санкт-Петербург, 197758 


Конфликт интересов:

Авторы заявили об отсутствии потенциального конфликта интересов 



Е. И. Якубович
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Российский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика А. М. Гранова» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия

Якубович Елена Игоревна, к.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории генной инженерии 

Санкт-Петербург 


Конфликт интересов:

Авторы заявили об отсутствии потенциального конфликта интересов 



В. И. Евтушенко
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Российский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика А. М. Гранова» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия

Евтушенко Владимир Иванович, д.б.н., руководитель лаборатории генной инженерии 

Санкт-Петербург 


Конфликт интересов:

Авторы заявили об отсутствии потенциального конфликта интересов 



Список литературы

1. Pan BT, Johnstone RM. Fate of the transferrin receptor during maturation of sheep reti­ culocytes in vitro: selective externalization of the receptor. Cell. 1983;33(3):967–978. DOI: 10.1016/0092-8674(83)90040-5.

2. Von Schulze A, Deng F. A review on exosome-based cancer therapy. J Cancer Metastasis Treat. 2020;6:42. DOI:10.20517/2394-4722.2020.79.

3. Gomzikova MO, James V, Rizvanov AA. Mitochondria Donation by Mesenchymal Stem Cells: Current Understanding and Mitochondria Transplantation Stra­ tegies. Front Cell Dev Biol. 2021 Apr 7;9:653322. DOI: 10.3389/fcell.2021.653322.

4. Poinsot V, Pizzinat N, Ong-Meang V. Engineered and Mimicked Extracellular Nanovesicles for Therapeutic Delivery. Nanomaterials (Basel). 2024 Apr 6;14(7):639. DOI: 10.3390/nano14070639.

5. Liu C, Su C. Design strategies and application progress of therapeutic exosomes. Theranostics. 2019 Jan 30;9(4):1015–1028. DOI: 10.7150/thno.30853.

6. Donoso-Quezada J, Ayala-Mar S, González-Valdez J. State-of-the-art exosome loading and functionalization techniques for enhanced therapeutics: a review. Crit Rev Biotechnol. 2020 Sep;40(6):804–820. DOI: 10.1080/07388551.2020.1785385.

7. Ferguson SW, Nguyen J. Exosomes as therapeutics: The implications of molecular composition and exosomal heterogeneity. J Control Release. 2016 Apr 28;228:179– 190. DOI: 10.1016/j.jconrel.2016.02.037.

8. Caradec J, Kharmate G, Hosseini-Beheshti E, et al. Reproducibility and efficiency of serum-derived exosome extraction methods. Clin Biochem. 2014 Sep;47(13– 14):1286–1292. DOI: 10.1016/j.clinbiochem.2014.06.011.

9. Wen Y, Chen Y, Wang G, et al. Factors influencing the measurement of the secretion rate of extracellular vesicles. Analyst. 2020 Aug 24;145(17):5870–5877. DOI: 10.1039/d0an01199a. 10. Haraszti RA, Miller R, Stoppato M, et al. Exosomes Produced from 3D Cultures of MSCs by Tangential Flow Filtration Show Higher Yield and Improved Activity. Mol Ther. 2018 Dec 5;26(12):2838–2847. DOI: 10.1016/j.ymthe.2018.09.015.

10. Syromiatnikova V, Prokopeva A, Gomzikova M. Methods of the Large-Scale Production of Extracellular Vesicles. Int J Mol Sci. 2022 Sep 10;23(18):10522. DOI: 10.3390/ijms231810522.

11. Harmati M, Tarnai Z, Decsi G, et al. Stressors alter intercellular communication and exosome profile of nasopharyngeal carcinoma cells. J Oral Pathol Med. 2017 Apr;46(4):259–266. DOI: 10.1111/jop.12486.

12. Wen Y, Fu Q, Soliwoda A, Zhang S, et al. Cell-derived nanovesicles prepared by membrane extrusion are good substitutes for natural extracellular vesicles. Extracell Vesicle. 2022 Dec;1:100004. DOI: 10.1016/j.vesic.2022.100004.

13. Jang SC, Kim OY, Yoon CM, et al. Bioinspired exosome-mimetic nanovesicles for targeted delivery of chemotherapeutics to malignant tumors. ACS Nano. 2013 Sep 24;7(9):7698–7710. DOI: 10.1021/nn402232g.

14. Якубович Е.И., Полищук А.Г., Евтушенко В.И. Принципы и проблемы выделения экзосом из биологических жидкостей. Биологические мембраны. 2022;39(3):172–185.

15. Wang J, Ma P, Kim DH, et al. Towards MicrofluidicBased Exosome Isolation and Detection for Tumor Therapy. Nano Today. 2021 Apr;37:101066. DOI: 10.1016/j. nantod.2020.101066. 17. ExoQuick® ULTRA EV Isolation System. System Biosciences. Available from: https://www.systembio.com/products/exosome-research/exosome-isolation/exoquick-ultra/serum-and-plasma-0/the-purest-and-highestyielding-ev-isolation-system (Accessed [10.12.2024]).

16. Григорьева А.Е., Дырхеева Н.С., Брызгунова О.Е. и др. Контаминация препаратов экзосом, выделенных из биологических жидкостей. Биомедицинская химия. 2017;63(1):91–96. DOI:10.18097/PBMC2017630191.

17. Muzykantov VR. Drug delivery by red blood cells: vascular carriers designed by mother nature. Expert Opin Drug Deliv. 2010 Apr;7(4):403–27. DOI: 10.1517/17425241003610633.

18. Колева Л.Д., Атауллаханов Ф.И., Синауридзе Е.И. Эритроцит как идеальный носитель для внутрисосудистой доставки лекарств. Вопросы гематологии/онкологии и иммунопатологии в педиатрии. 2020;19(4):234‒242. https://doi.org/10.24287/1726-1708-2020-19-4-234-242.

19. Bustamante López SC, Meissner KE. Characterization of carrier erythrocytes for biosensing applications. J Biomed Opt. 2017 Sep 1;22(9):91510. DOI: 10.1117/1.JBO.22.9.091510.

20. Levene M, Bain MD, Moran NF, et al. Safety and Efficacy of Erythrocyte Encapsulated Thymidine Phosphorylase in Mitochondrial Neurogastrointestinal Encephalomyopathy. J Clin Med. 2019 Apr 5;8(4):457. DOI: 10.3390/jcm8040457.

21. Anselmo AC, Gupta V, Zern BJ, et al. Delivering nanoparticles to lungs while avoiding liver and spleen through adsorption on red blood cells. ACS Nano. 2013 Dec 23;7(12):11129‒11137. DOI: 10.1021/nn404853z.

22. Rossi NA, Constantinescu I, Kainthan RK, et al. Red blood cell membrane grafting of multi-functional hyperbranched polyglycerols. Biomaterials. 2010 May;31(14):4167‒4178. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2010.01.137.

23. Pouliot R, Saint-Laurent A, Chypre C, et al. Spectroscopic characterization of nanoErythrosomes in the absence and presence of conjugated polyethyleneglycols: an FTIR and (31)P-NMR study. Biochim Biophys Acta. 2002 Aug 31;1564(2):317‒324. DOI: 10.1016/s0005-2736(02)00465-0.

24. Hu CM, Fang RH, Zhang L. Erythrocyte-inspired delivery systems. Adv Healthc Mater. 2012 Sep;1(5):537‒547. DOI: 10.1002/adhm.201200138.

25. Kim SH, Kim EJ, Hou JH, et al. Opsonized erythrocyte ghosts for liver-targeted delivery of antisense oligodeoxynucleotides. Biomaterials. 2009 Feb;30(5):959‒967. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2008.10.031.

26. Mishra PR, Jain NK. Folate conjugated doxorubicin-loaded membrane vesicles for improved cancer therapy. Drug Deliv. 2003 Oct-Dec;10(4):277‒282. DOI: 10.1080/drd_10_4_277.

27. Gupta N, Patel B, Ahsan F. Nano-engineered erythrocyte ghosts as inhalational carriers for delivery of fasudil: preparation and characterization. Pharm Res. 2014 Jun;31(6):1553‒1565. DOI: 10.1007/s11095-013-1261-7.

28. Barathan M, Ng SL, Lokanathan Y, et al. Milk-Derived Extracellular Vesicles: A Novel Perspective on Comparative Therapeutics and Targeted Nanocarrier Application. Vaccines (Basel). 2024 Nov 15;12(11):1282. DOI: 10.3390/vaccines12111282.

29. Ishikawa H, Rahman MM, Yamauchi M, et al. mRNA Profile in Milk Extracellular Vesicles from Bovine Leukemia Virus-Infected Cattle. Viruses. 2020 Jun 20;12(6):669. DOI: 10.3390/v12060669.

30. Li J, Shang X, Zhang S, et al. Breed-Related Differential microRNA Expression and Analysis of Colostrum and Mature Milk Exosomes in Bamei and Landrace Pigs. Int J Mol Sci. 2024 Jan 4;25(1):667. DOI: 10.3390/ijms25010667.

31. García-Martínez J, Pérez-Castillo ÍM, Salto R, et al. Beneficial Effects of Bovine Milk Exosomes in Metabolic Interorgan Cross-Talk. Nutrients. 2022 Mar 30;14(7):1442. DOI: 10.3390/nu14071442.

32. Adriano B, Cotto NM, Chauhan N, et al. Milk exosomes: Nature’s abundant nanoplatform for theranostic applications. Bioact Mater. 2021 Feb 2;6(8):2479‒2490. DOI: 10.1016/j.bioactmat.2021.01.009.

33. Tian MY, Hao DX, Liu Y, et al. Milk exosomes: an oral drug delivery system with great application potential. Food Funct. 2023 Feb 6;14(3):1320‒1337. DOI: 10.1039/d2fo02013k.

34. Roy D, Ye A, Moughan PJ, et al. Composition, Structure, and Digestive Dynamics of Milk From Different Species-A Review. Front Nutr. 2020 Oct 6;7:577759. DOI: 10.3389/fnut.2020.577759.

35. Wijenayake S, Eisha S, Tawhidi Z, et al. Comparison of methods for pre-processing, exosome isolation, and RNA extraction in unpasteurized bovine and human milk. PLoS One. 2021 Sep 30;16(9):e0257633. DOI: 10.1371/journal.pone.0257633.

36. Li X, Su L, Zhang X, et al. Recent Advances on the Function and Purification of Milk Exosomes: A Review. Front Nutr. 2022 Jun 9;9:871346. DOI: 10.3389/fnut.2022.871346.

37. Zhang Q, Xiao Q, Yin H, et al. Milk-exosome based pH/light sensitive drug system to enhance anticancer activity against oral squamous cell carcinoma. RSC Adv. 2020 Jul 29;10(47):28314‒28323. DOI: 10.1039/d0ra05630h.

38. Lugini L, Valtieri M, Federici C, et al. Exosomes from human colorectal cancer induce a tumor-like behavior in colonic mesenchymal stromal cells. Oncotarget. 2016 Aug 2;7(31):50086‒50098. DOI: 10.18632/oncotarget.10574.

39. Cossetti C, Lugini L, Astrologo L, et al. Soma-to-germline transmission of RNA in mice xenografted with human tumour cells: possible transport by exosomes. PLoS One. 2014 Jul 3;9(7):e101629. DOI: 10.1371/journal.pone.0101629.

40. Canitano A, Venturi G, Borghi M, et al. Exosomes released in vitro from Epstein-Barr virus (EBV)-infected cells contain EBV-encoded latent phase mRNAs. Cancer Lett. 2013 Sep 1;337(2):193‒199. DOI: 10.1016/j.canlet.2013.05.012.

41. Logozzi M, Di Raimo R, Mizzoni D, et al. The Potentiality of Plant-Derived Nanovesicles in Human Health-A Comparison with Human Exosomes and Artificial Nanoparticles. Int J Mol Sci. 2022 Apr 28;23(9):4919. DOI: 10.3390/ijms23094919.

42. Karamanidou T, Tsouknidas A. Plant-Derived Extracellular Vesicles as Therapeutic Nanocarriers. Int J Mol Sci. 2021 Dec 24;23(1):191. DOI: 10.3390/ijms23010191.

43. Alzahrani FA, Khan MI, Kameli N, et al. Plant-Derived Extracellular Vesicles and Their Exciting Potential as the Future of Next-Generation Drug Delivery. Biomolecules. 2023 May 15;13(5):839. DOI: 10.3390/biom13050839.

44. Woith E, Guerriero G, Hausman JF, et al. Plant Extracellular Vesicles and Nanovesicles: Focus on Secondary Metabolites, Proteins and Lipids with Perspectives on Their Potential and Sources. Int J Mol Sci. 2021 Apr 2;22(7):3719. DOI: 10.3390/ijms22073719.

45. Rome S. Biological properties of plant-derived extracellular vesicles. Food Funct. 2019 Feb 20;10(2):529‒538. DOI: 10.1039/c8fo02295j.

46. Ju S, Mu J, Dokland T, et al. Grape exosomelike nanoparticles induce intestinal stem cells and protect mice from DSS-induced colitis. Mol Ther. 2013 Jul;21(7):1345‒57. DOI: 10.1038/mt.2013.64.

47. Teng Y, Ren Y, Sayed M, et al. Plant-Derived Exosomal MicroRNAs Shape the Gut Microbiota. Cell Host Microbe. 2018 Nov 14;24(5):637‒652.e8. DOI: 10.1016/j.chom.2018.10.001.

48. Stanly C, Alfieri M, Ambrosone A, et al. Grapefruit-Derived Micro and Nanovesicles Show Distinct Metabolome Profiles and Anticancer Activities in the A375 Human Melanoma Cell Line. Cells. 2020 Dec 21;9(12):2722. DOI: 10.3390/cells9122722.

49. Chen Q, Li Q, Liang Y, et al. Natural exosomelike nanovesicles from edible tea flowers suppress metastatic breast cancer via ROS generation and microbiota modulation. Acta Pharm Sin B. 2022 Feb;12(2):907‒923. DOI: 10.1016/j.apsb.2021.08.016.

50. Raimondo S, Naselli F, Fontana S, et al. Citrus limon-derived nanovesicles inhibit cancer cell proliferation and suppress CML xenograft growth by inducing TRAIL-mediated cell death. Oncotarget. 2015 Aug 14;6(23):19514‒19527. DOI: 10.18632/oncotarget.4004.

51. Kim MK, Choi YC, Cho SH, et al. The Antioxidant Effect of Small Extracellular Vesicles Derived from Aloe vera Peels for Wound Healing. Tissue Eng Regen Med. 2021 Aug;18(4):561‒571. DOI: 10.1007/s13770-021-00367-8.

52. Wang B, Zhuang X, Deng ZB, et al. Targeted drug delivery to intestinal macrophages by bioactive nanovesicles released from grapefruit. Mol Ther. 2014 Mar;22(3):522‒534. DOI: 10.1038/mt.2013.190.

53. Wang Q, Ren Y, Mu J, et al. Grapefruit-Derived Nanovectors Use an Activated Leukocyte Trafficking Pathway to Deliver Therapeutic Agents to Inflammatory Tumor Sites. Cancer Res. 2015 Jun 15;75(12):2520‒9. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-14-3095.

54. Zhuang X, Teng Y, Samykutty A, et al. Grapefruit-derived Nanovectors Delivering Therapeutic miR17 Through an Intranasal Route Inhibit Brain Tumor Progression. Mol Ther. 2016 Feb;24(1):96‒105. DOI: 10.1038/mt.2015.188.

55. Kameli N, Dragojlovic-Kerkache A, Savelkoul P, et al. Plant-Derived Extracellular Vesicles: Current Findings, Challenges, and Future Applications. Membranes (Basel). 2021 May 29;11(6):411. DOI: 10.3390/ membranes11060411.

56. Pocsfalvi G, Turiák L, Ambrosone A, et al. Protein biocargo of citrus fruit-derived vesicles reveals heterogeneous transport and extracellular vesicle populations. J Plant Physiol. 2018 Oct; 229:111‒121. DOI: 10.1016/j.jplph.2018.07.006.


Рецензия

Для цитирования:


Полищук А.Г., Якубович Е.И., Евтушенко В.И. Природные и искусственные экзосомы для трансляционной наномедицины. Трансляционная медицина. 2025;12(1):80-93. https://doi.org/10.18705/2311-4495-2025-12-1-80-93. EDN: YICJVA

For citation:


Polischouk A.G., Yakubovich E.I., Evtushenko V.I. Natural and artificial exosomes for translational nanomedicine. Translational Medicine. 2025;12(1):80-93. (In Russ.) https://doi.org/10.18705/2311-4495-2025-12-1-80-93. EDN: YICJVA

Просмотров: 112


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2311-4495 (Print)
ISSN 2410-5155 (Online)