突破血腦屏障 外泌體精準鎖定腫瘤細胞

面對高死亡率且易復發的腦膠質瘤，化療藥該如何突破血腦屏障，直達病灶并精準地鎖定腫瘤細胞?

近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所(以下簡稱中科院蘇州納米所)程國勝研究員團隊設計開發了一種經過工程化改造的外泌體，可以裝載化療藥物穿透血腦屏障，并可同時靶向作用于血腦屏障的內皮細胞表面和腦內膠質瘤細胞。

相關研究論文發表在《細胞外囊泡雜志》上。

近幾年，外泌體領域的研究持續升溫，是各大生物企業與投資方的“新寵”，尤其在工程化改造外泌體賽道上幾乎是“一片藍海”，而程國勝團隊研發的新型工程化載藥外泌體可提高針對腫瘤病灶區的靶向性，從而提高治療藥物在病灶區的濃度，以實現最佳的治療效果，這為工程化改造外泌體治療中樞神經系統疾病提供了新視角和新思路。

兩種屏障阻礙化療藥物到達病灶

腦膠質瘤是指起源于腦神經膠質細胞的腫瘤，是最常見的原發性顱內腫瘤。我國腦膠質瘤年發病率為10萬分之5至10萬分之8，五年病死率在全身腫瘤中僅次于胰腺癌和肺癌，對人類生命健康造成巨大危害。

目前，腦膠質瘤治療以手術切除為主，但由于腫瘤的高侵襲性、快速生長和增強的血管生成能力，腦膠質瘤無法通過常規手術切除干凈，導致預后不良和生存時間短。

為了有效抑制腫瘤生長、延長患者的生存期，化學藥物療法(以下簡稱化療)成為手術切除治療后，治療腦膠質瘤最主要的手段之一。然而，化療藥物想要直達腦膠質瘤細胞，卻不得不面對兩道天然的生物障礙，即血腦屏障和血腦腫瘤屏障。

“這兩種屏障嚴重阻礙了化療藥物通過，特別是血腦屏障幾乎阻礙了所有大分子和98%小分子藥物進入腦腫瘤區域，極大削弱了化療的效果。”團隊成員、中國科學院蘇州納米所博士研究生朱展翅介紹。

另外，大多數傳統抗癌藥物本身具有很強的生物毒性，科學家需要解決的不僅僅是把化療藥物輸送到病灶，還要降低其在運輸過程中對人體的生物毒性，這些都是藥物遞送體系亟須解決的問題。

外泌體擔當藥物“快遞員”潛力大

外泌體是一種由細胞產生的納米級細胞外囊泡，尺寸在30—150納米，富含來自親本細胞的蛋白質、核酸和脂質等生物活性成分，在細胞間信號傳遞中發揮著重要作用。

然而，在20世紀80年代發現外泌體時，它被認為是細胞代謝的“垃圾”。隨著人們對外泌體研究的不斷深入，2013年諾貝爾生理學或醫學獎授予在對囊泡運輸的調節機制研究中作出貢獻的3位科學家，此時外泌體受到前所未有的關注。

近些年，隨著產業化和研究的推進，外泌體更是迎來巨大的“風口”。目前，對外泌體的應用探索主要在疾病的診斷與治療兩個方向上。其中，外泌體作為藥物遞送載體是大家最為關注的方向。

程國勝告訴科技日報記者，外泌體是幾乎所有細胞都能分泌的納米級細胞外囊泡，可以作為天然的藥物載體，與目前廣泛使用的納米載體(如脂質體、高分子納米載體等)相比，外泌體具有納米級尺寸、可生物降解、無毒、內源性、免疫原性低、載貨能力強、能夠穿越血腦屏障等優點。

但是，外泌體也并非完美無缺，它在缺乏特異性修飾的情況下，缺少天然的靶向能力。同時，在靜脈給藥方式下，大部分外泌體由于無特異性靶向，會被肝臟“吃掉”，導致外泌體藥物遞送效果大打折扣。

因此，想要將外泌體作為藥物載體應用于中樞神經系統疾病治療，研究人員就必須為外泌體開發腫瘤特異性和組織器官特異性的靶向功能，來提高中樞神經系統疾病病灶區域的藥物濃度，從而實現增效減毒。

距離正式“上崗”還有很長的路要走

程國勝介紹，他們針對外泌體自身具有的特性和治療中樞神經系統疾病的需求，開發出具有Angiopep-2和TAT雙重靶向功能化外泌體，并應用于腦膠質瘤治療研究。

其中，Angiopep-2多肽可以特異靶向低密度脂蛋白受體(LRP-1),而LRP-1在腦膠質瘤細胞和腦血管內皮細胞表面均具有高表達水平。另外，跨膜多肽TAT可以進一步提高外泌體血腦屏障的滲透性和腫瘤組織的穿透性。

研究團隊分別利用體外單細胞培養、Transwell(一種膜濾器)構建的體外血腦屏障模型、體內小鼠皮下腦膠質瘤模型和原位腦膠質瘤模型，證實工程化外泌體可以高效滲透血腦屏障，并對腦膠質瘤病灶區具有優良的靶向遞送能力。

此外，為了評估負載阿霉素的雙重靶向功能化外泌體的功效，研究團隊通過尾靜脈給藥方式對疾病模型小鼠注射負載阿霉素的雙重靶向功能化外泌體，并進行21天的治療與觀察。

團隊研究發現，雙重靶向功能化外泌體能夠提高藥物治療原位腦膠質瘤效率，顯著抑制腦膠質瘤的生長，可有效延長小鼠的生存期。同時，雙重靶向功能化外泌體可以有效降低藥物治療的毒副作用。

作為生物醫藥領域新興的研究對象，外泌體的研究還存在著很多局限性，未來對外泌體的研究還有很長的路要走。

程國勝告訴記者，目前實驗室主要采用超速離心方式分離純化外泌體，但通過這種方式獲得外泌體的產量和效率太低，如何通過細胞工程和篩選方式的改進來提高外泌體產量，是外泌體領域的重點研發方向。

同時，相對其他遞送載體，外泌體的毒性作用很低，但不同細胞來源的外泌體差異性比較大，外泌體應用到疾病治療中的安全性還需要更多前期工作的評估;外泌體來源于細胞，那么必將攜帶宿主細胞的各種物質，外泌體作為載體時，這些內含物是如何發揮作用的?或者說如何盡可能去除內含物的干擾也是外泌體作為載體工具面臨的問題。

另外，肝臟作為人體新陳代謝最重要的器官，幾乎所有的藥物遞送載體都會被運輸到肝臟，這對外泌體應用于肝臟疾病的治療非常有優勢，但對于治療其他組織或者器官來說，將不得不面對肝臟截留的難題，如何讓外泌體從肝臟有效逃逸仍需要深入研究。