玻璃體視網(wǎng)膜疾病是臨床上一類常見的眼部疾病，常導(dǎo)致視功能不可逆損傷，嚴(yán)重者致盲，現(xiàn)有療法的療效欠佳，需要頻繁治療并且存在副作用，急需發(fā)展更加先進(jìn)和有效的治療策略。過程工程所生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院合作，利用自愈合大孔微球裝載不同細(xì)胞來源的外泌體，獲得了一系列可在眼內(nèi)緩釋外泌體的創(chuàng)新劑型，在多種玻璃體視網(wǎng)膜疾病動(dòng)物模型上均顯著抑制了病情進(jìn)展，為慢性眼底病的治療帶來了新思路。相關(guān)工作于10月23日發(fā)表在Nature Biomedical Engineering上（DOI: 10.1038/s41551-023-01112-3）。

近年來，細(xì)胞療法在眼科疾病治療領(lǐng)域獲得了越來越多的關(guān)注，并且已經(jīng)在臨床試驗(yàn)中顯示出了一定的療效。然而，該創(chuàng)新療法仍面臨著體內(nèi)細(xì)胞存活率低、病理環(huán)境下細(xì)胞表型不穩(wěn)定、細(xì)胞產(chǎn)品保存條件苛刻等一系列難題。已有研究表明，旁分泌是細(xì)胞發(fā)揮治療作用的重要機(jī)制之一。因此，科研人員開始思考利用外泌體等更為穩(wěn)定的細(xì)胞分泌成分作為藥效組分，對(duì)眼部相關(guān)疾病進(jìn)行治療。

受此啟發(fā)，過程工程所生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出了“類細(xì)胞”劑型的新策略，并聯(lián)合北京朝陽醫(yī)院交叉合作，進(jìn)行了玻璃體視網(wǎng)膜疾病治療的研究。首先，研究人員基于獨(dú)創(chuàng)的自愈合大孔微球（Cap）負(fù)載外泌體（Exo），由此所構(gòu)建的ExoCap體系可以在尺寸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、分泌行為等方面實(shí)現(xiàn)對(duì)功能性細(xì)胞的模擬；當(dāng)在玻璃體腔內(nèi)注射后，ExoCap可以在眼內(nèi)向下沉降并滯留于玻璃體腔底部，避免了活細(xì)胞注射后懸浮于玻璃體腔而影響視線的問題；ExoCap進(jìn)一步緩慢降解并持續(xù)釋放其內(nèi)裝載的活性外泌體，有利于長(zhǎng)期發(fā)揮藥效。

鑒于該體系構(gòu)建的通用性和靈活性，可以根據(jù)治療需求負(fù)載不同細(xì)胞來源的外泌體。小鼠視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷（RIRI）模型證明，通過裝載間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體（MExo）可以有效地阻止視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡，效果顯著優(yōu)于神經(jīng)生長(zhǎng)因子（NGF）治療方案。另外，小鼠和食蟹猴致敏分枝桿菌性葡萄膜炎（PMU）模型證明，通過裝載調(diào)節(jié)性T細(xì)胞外泌體（TrExo）可以抑制眼內(nèi)炎癥，副作用較糖皮質(zhì)激素如曲安奈德（TA）治療顯著降低。

圖1 ExoCap的構(gòu)建及MExoCap和TrExoCap對(duì)于小鼠RIRI和PMU模型的療效：a. ExoCap構(gòu)建過程示意圖；b. Exo的透射電子顯微鏡圖像；c. 自愈合大孔微球愈合前（左）后（右）掃描電子顯微鏡圖像；d. ExoCap的共聚焦顯微鏡圖像；e. MExoCap治療小鼠RIRI模型示意圖；f. RIRI小鼠的視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡情況；g. TrExoCap治療小鼠PMU模型示意圖；h. PMU小鼠視網(wǎng)膜切片中CD8+T細(xì)胞（CD8）、巨噬細(xì)胞（F4/80）、M1型巨噬細(xì)胞（INOS）的分布情況

據(jù)研究人員介紹，上述成果仍屬于動(dòng)物水平的臨床前研究，實(shí)際臨床療效有待進(jìn)一步研究。鑒于ExoCap僅包含細(xì)胞外泌體組分和FDA批準(zhǔn)的聚乳酸類材料，并且在小鼠和食蟹猴模型中確認(rèn)了安全性和有效性，該創(chuàng)新劑型具有較大的臨床轉(zhuǎn)化潛力。研究團(tuán)隊(duì)正在按照相關(guān)要求合作推進(jìn)臨床個(gè)體化治療的研究。

圖2 TrExoCap對(duì)于食蟹猴PMU模型的療效：a. TrExoCap的構(gòu)建及其治療食蟹猴PMU模型的示意圖；b. 眼底彩色照相分析TrExoCap在食蟹猴PMU模型中的治療效果；c. 食蟹猴眼內(nèi)房水中IL-1β、IL-6、IL-8及TNF水平；d. 玻璃體腔注射TrExoCap后基于血液多重指標(biāo)的安全性考察

近年來，過程工程所生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馬光輝院士團(tuán)隊(duì)研究員魏煒提出了仿生劑型工程的新策略，基于蛋白、細(xì)菌、細(xì)胞等體內(nèi)組分創(chuàng)制了一系列仿生遞送新劑型，借助固有的天然路徑實(shí)現(xiàn)體內(nèi)的精準(zhǔn)遞送，在動(dòng)物模型上成功用于靶向治療、免疫治療和個(gè)體化治療，并且部分劑型已通過倫理批準(zhǔn)進(jìn)入臨床前和臨床研究。相關(guān)工作相繼發(fā)表于Nat Nanotechnol 2021, 16, 1413、Nat Nanotechnol 2023, 18, 933、Sci Transl Med 2021, 13, eabb6981、Nat Biomed Eng 2021, 5, 414、Nat Biomed Eng 2021, 5, 968、Sci Adv 2021, 7, eabd7614、Sci Adv 2021, 7, eaba2458、Sci Adv 2020, 6, eaay7735、Sci Adv 2019, 5, eaaw3192、Nat Commun 2023, 14, 4505、Nat Commun 2022, 13, 4214、Nat Commun 2021, 12, 6399、Nat Commun 2019, 10, 5165、Nat Commun 2017, 8, 14537等期刊上。

包晗碩士及田穎博士為該論文共同第一作者，過程工程所研究員魏煒，中國(guó)科學(xué)院院士、過程工程所研究員馬光輝和北京朝陽醫(yī)院教授陶勇為共同通訊作者，過程工程所為第一完成單位。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、北京自然科學(xué)基金項(xiàng)目、北京順義區(qū)科技成果轉(zhuǎn)化協(xié)調(diào)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)基金、北京市醫(yī)院管理中心“登峰”人才培養(yǎng)計(jì)劃的支持。