Nature子刊：外泌体药物逐渐步入临床开发阶段，成为下一代潜在的重磅药物载体技术丨医麦新观察
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2020年12月16日/医麦客新闻 eMedClub News/--日前，在Nature子刊Nature Reviews Drug Discovery上发表了一篇报道Exosome-based candidates move into the clinic，其中阐述了外泌体的一些临床进展和未来发展展望。
大约在50年前，科学家们注意到培养细胞“脱落”了一些未知功能的小囊，在随后的研究工作中，科学家们发现这种被命名为细胞外囊泡/外泌体的结构能够包裹RNA、蛋白质和其他分子，并由母细胞打包并递送到相邻的细胞，同时作为细胞间交流的途径。
外泌体曾经一度被认为是一种奇特的生物学现象，直到科学家们发现外泌体有可能成为一种优秀的药物递送载体，从而受到科研界的广泛关注。此外，尽管外泌体的早期应用是作为载体，递送以核苷为基础的治疗药物，但外泌体被认为可能还有更广泛的能力。
▲ 图片来源：bioradiations
自20世纪70年代以来，科学家们一直在优化药物传递系统，开发出一系列例如LNPs、聚合物纳米颗粒和无机纳米颗粒(统称为纳米药物)等的载体将药物输送到特定的细胞或器官。
目前，超过20种纳米药物已获美国FDA批准用于多种疾病，包括癌症、丙型肝炎和血友病。这些药物携带不同的有效载荷，但大部分的纳米药物都是化药和其他小分子药物。
外泌体的尺寸大小与纳米颗粒相似（约30-150nm），比AAV更大，根据公开资料，AAV在一众递送载体工具中，尺寸较小。
Bob Langer是麻省理工学院的一位化学工程师，几十年来一直在调查和开发药物递送平台，他表示外泌体有三个关键优势：（1）更低的免疫原性；（2）更少的毒性；（3）能够跨越生物障碍，例如血脑屏障（BBB）。
因为免疫原性较低，因此外泌体能够实现重复给药，克服病毒载体在重复给药问题上的障碍。此外，纳米颗粒也存在一定的免疫原性问题，因为人体还是会将纳米颗粒识别为外来物质。
Nature Biotechnology于2011年发表了一篇论文，研究作者牛津大学的Matthew Wood和同事们指出，静脉注射的外泌体可以跨越小鼠的血脑屏障，递送足够的siRNA，从而显著降低BACE的表达，BACE是老年痴呆症的潜在靶点。随后，Matthew Wood等人共同创立了Evox Therapeutics。
外泌体作为载体的发展模式
目前，国际上已经有多家外泌体公司形成了初步的市场格局，对于不同的生物技术公司也在试验不同来源的外泌体、不同的工程技术和不同的有效载荷。
其中以Codiak Biosciences、Evox Therapeutics、Capricor Therapeutics以及PureTech为例，稍微说一下外泌体的几种不同策略的工程化策略。
▲ 外泌体不同的改造工程（图片来源：Nature）
Codiak Biosciences
2015年，MD安德森(MD Anderson)癌症中心的研究员Raghu Kalluri联合创立了一家生物技术公司Codiak Biosciences，这也是第一家将基于外泌体的治疗药物推进人体试验的公司。
对于Codiak公司来说，外泌体平台的灵活性和针对不同应用优化载体的能力是关键。该公司的首席执行官Doug Williams说：“这里有一个设计元素，我想让这个外泌体做什么？然后我用想实现的功能去构建它。”
Codiak公司将其外泌体候选产品设计成可以被肿瘤驻留抗原呈递细胞（APC）所吸收，避免被网状上皮系统摄取的形式。Codiak公司的候选产品只在通过不同的治疗方式来激活免疫系统以识别和杀伤肿瘤细胞。Codiak目前拥有两款主要候选产品exoIL-12和exoSTING。
exoIL-12，在外泌体表面携带IL-12，将IL-12递送到肿瘤微环境（TME）中，在增强IL-12的剂量控制的同时限制其全身暴露和相关毒性。最终的治疗目标包括皮肤T细胞淋巴瘤（CTCL）、黑色素瘤、默克尔细胞癌、卡波西肉瘤、多形性胶质母细胞瘤和三阴性乳腺癌。
exoSTING是Codiak公司第二种工程化外泌体候选药物，旨在利用外泌体将STING（干扰素基因刺激剂）激动剂递递送给肿瘤驻留抗原呈递细胞（APC），以局部激活先天性免疫应答，实现肿瘤杀伤。今年10月，Codiak公司宣布启动exoSTING治疗实体瘤的1/2期临床试验。
同时，Codiak公司的联合创始人Kalluri正致力于使用外泌体靶向RAS，RAS是肿瘤中最常见的改变蛋白之一。目前RAS领域的领先者是作用于致癌基因G12C突变体的小分子，但Kalluri的目光投向的是G12D突变体，该突变常见于胰腺癌。研究证明，胰腺很容易接受静脉输注的外泌体，Kalluri的RASG12D含siRNA的外泌体提高了胰腺癌模型的存活率，该项目将由MD安德森(MD Anderson)癌症中心进行1期临床试验。
此外，该公司还有多款处于临床前研究的免疫调节外泌体，以及SARS-CoV-2疫苗。
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Evox Therapeutics
Evox Therapeutics是一家外泌体技术研发商。Evox正在推进其外泌体疗法管线的开发，包括几种专有的罕见病产品推进至临床，并继续开发领先的外泌体药物平台。
事实上，相较于简单的载荷，Evox公司正在尝试利用外泌体装载治疗性蛋白，以治疗罕见代谢性疾病，例如尿素循环紊乱。
今年，礼来和武田就一同看上了Evox公司的外泌体技术平台，并根据自身的需求达成了合作条款。
Capricor Therapeutics公司（纳斯达克股票代码：CAPR）是一家临床阶段的生物技术公司，专注于开发治疗心脏和其他严重疾病的生物治疗方法。Capricor也正在推进其专有的外泌体候选产品。
在新冠疫情突发的2020年，外泌体也参与了新冠疫苗的研发。事实上，Moderna和辉瑞/BioNTech都利用了脂质纳米颗粒(LNPs)来递送新冠mRNA疫苗，对此，Capricor Therapeutics认为利用外泌体作为mRNA的递送工具效果可能会更好。目前，Capricor公司正在研发由外泌体递送的新冠疫苗。
Capricor公司的首席执行官Linda Marbán表示：“这种疫苗是一流的，当新冠大流行袭来时，Capricor正准备启动外泌体-mRNA平台，试图实现低水平的蛋白质生产也能够引起可以测量的生物学反应，而疫苗概念验证相对容易。”
此外，Capricor还开发了同种异体心肌球源细胞治疗，用于治疗新冠肺炎。
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PureTech
PureTech Health是一家先进的临床阶段生物制药公司，研发针对由神经、免疫和胃肠系统功能障碍引起的严重疾病的新型药物。
2018年，罗氏与PureTech公司签署一项合作协议，利用PureTech的乳源外泌体（milk-derived exosome）平台技术，用于递送罗氏反义寡核苷酸（AON）平台所开发的药物。不过，到2020年该合作协议到期，PureTech公司现在正在进行试验，利用外泌体技术将胃肠道细胞变成微型制药工厂。
PureTech公司的目的是利用口服的外泌体将表达的载体带入胃肠道细胞，然后这些胃肠道细胞将在原地制造治疗性蛋白质，遵循未整合的mRNA或/DNA构建蓝图，通过淋巴系统释放到人体循环中。
PureTech的首席执行官表示：“简单的口服药是非常有吸引力的，能够增加病人对药物的依从性，但外泌体到胃肠道细胞的传递还存在一定的问题。”
生产制造问题
外泌体作为一种新型平台，不仅面临着科学上的挑战，也面临着实践上的挑战，例如生产制造问题。
此前，科学家们使用超离心法纯化外泌体，这是一个过于劳动密集和耗时的过程，无法用于大规模生产。无法进行大规模生产，它就不是一种合格的药物。在这个方面，Codiak公司先行一步，他们在生产制造问题上投入了大量精力，并且取得积极的成果。
对于PureTech公司来说，也在寻找早期制造的解决方案，并开发了一种简单的纯化方法，能够产生足够的外泌体用于临床，且由于PureTech公司使用的是乳清分离的外泌体，而乳清作为奶酪生产过程中经常被丢弃的副产品，成本十分低廉，同时安全。
结语
目前，业内都在关注Codiak和它的第一个候选产品，是否能够实现临床应用，或者工程化能否赋予外泌体免疫刺激的特性，如果被证实是安全的，外泌体领域将会得到快速发展，将注意力转向其它方向，包括功效、组织选择性和有效载荷优先性。
目前，大多数被批准的纳米颗粒药物携带的是化药，优势主要在于药代动力学特性。因此，外泌体的研究人员主要承担不同的任务：外泌体能否安全有效地将基于核苷酸的治疗性药物递送到特定组织？
如果可以，那么将会开启基因医学的新时代，因为该领域一直受到药物递送问题的挑战。
从理论上来讲，外泌体可以作为载体进行病毒的有效载荷，保护病毒免受免疫系统的伤害，并使得DNA片段重复注入特定组织中；外泌体也可以将抗体进行有效载荷，以扩大细胞内靶向的模式。
目前来看，外泌体前途一片光明，但是在未来几年内，科研界将会通过实验和实验发现和证实一定的局限性以及有效性。
在上个世纪70年代，纳米颗粒领域普遍不被看好，认为这是一种不可能的应用技术，目前已经得到了批准。Bob Langer认为，现在外泌体也正走在当时纳米颗粒的路上。
参考资料：
1.https：//doi.org/10.1038/d41573-020-00220-y
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