魏炜、马光辉等基于自愈合大孔微球的外泌体眼内缓释剂型研究取得新进展

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玻璃体视网膜疾病是临床上一类常见的眼部疾病，常导致视功能不可逆损伤，严重者致盲，现有疗法的疗效欠佳，需要频繁治疗并且存在副作用，急需发展更加先进和有效的治疗策略。过程工程所生化工程国家重点实验室与首都医科大学附属北京朝阳医院合作，利用自愈合大孔微球装载不同细胞来源的外泌体，获得了一系列可在眼内缓释外泌体的创新剂型，在多种玻璃体视网膜疾病动物模型上均显著抑制了病情进展，为慢性眼底病的治疗带来了新思路。相关工作于10月23日发表在Nature Biomedical Engineering上（DOI: 10.1038/s41551-023-01112-3）。
　　近年来，细胞疗法在眼科疾病治疗领域获得了越来越多的关注，并且已经在临床试验中显示出了一定的疗效。然而，该创新疗法仍面临着体内细胞存活率低、病理环境下细胞表型不稳定、细胞产品保存条件苛刻等一系列难题。已有研究表明，旁分泌是细胞发挥治疗作用的重要机制之一。因此，科研人员开始思考利用外泌体等更为稳定的细胞分泌成分作为药效组分，对眼部相关疾病进行治疗。
　　受此启发，过程工程所生化工程国家重点实验室提出了“类细胞”剂型的新策略，并联合北京朝阳医院交叉合作，进行了玻璃体视网膜疾病治疗的研究。首先，研究人员基于独创的自愈合大孔微球（Cap）负载外泌体（Exo），由此所构建的ExoCap体系可以在尺寸、内部结构、分泌行为等方面实现对功能性细胞的模拟；当在玻璃体腔内注射后，ExoCap可以在眼内向下沉降并滞留于玻璃体腔底部，避免了活细胞注射后悬浮于玻璃体腔而影响视线的问题；ExoCap进一步缓慢降解并持续释放其内装载的活性外泌体，有利于长期发挥药效。
　　鉴于该体系构建的通用性和灵活性，可以根据治疗需求负载不同细胞来源的外泌体。小鼠视网膜缺血再灌注损伤（RIRI）模型证明，通过装载间充质干细胞外泌体（MExo）可以有效地阻止视网膜细胞凋亡，效果显著优于神经生长因子（NGF）治疗方案。另外，小鼠和食蟹猴致敏分枝杆菌性葡萄膜炎（PMU）模型证明，通过装载调节性T细胞外泌体（TrExo）可以抑制眼内炎症，副作用较糖皮质激素如曲安奈德（TA）治疗显著降低。

图1 ExoCap的构建及MExoCap和TrExoCap对于小鼠RIRI和PMU模型的疗效：a. ExoCap构建过程示意图；b. Exo的透射电子显微镜图像；c. 自愈合大孔微球愈合前（左）后（右）扫描电子显微镜图像；d. ExoCap的共聚焦显微镜图像；e. MExoCap治疗小鼠RIRI模型示意图；f. RIRI小鼠的视网膜细胞凋亡情况；g. TrExoCap治疗小鼠PMU模型示意图；h. PMU小鼠视网膜切片中CD8+T细胞（CD8）、巨噬细胞（F4/80）、M1型巨噬细胞（INOS）的分布情况

　　据研究人员介绍，上述成果仍属于动物水平的临床前研究，实际临床疗效有待进一步研究。鉴于ExoCap仅包含细胞外泌体组分和FDA批准的聚乳酸类材料，并且在小鼠和食蟹猴模型中确认了安全性和有效性，该创新剂型具有较大的临床转化潜力。研究团队正在按照相关要求合作推进临床个体化治疗的研究。

　　图2 TrExoCap对于食蟹猴PMU模型的疗效：a. TrExoCap的构建及其治疗食蟹猴PMU模型的示意图；b. 眼底彩色照相分析TrExoCap在食蟹猴PMU模型中的治疗效果; c. 食蟹猴眼内房水中IL-1β、IL-6、IL-8及TNF水平；d. 玻璃体腔注射TrExoCap后基于血液多重指标的安全性考察

　　近年来，过程工程所生化工程国家重点实验室马光辉院士团队魏炜研究员提出了仿生剂型工程的新策略，基于蛋白、细菌、细胞等体内组分创制了一系列仿生递送新剂型，借助固有的天然路径实现体内的精准递送，在动物模型上成功用于靶向治疗、免疫治疗和个体化治疗，并且部分剂型已通过伦理批准进入临床前和临床研究。相关工作相继发表于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。
　　包晗硕士及田颖博士为该论文共同第一作者，过程工程所研究员魏炜，中国科学院院士、过程工程所研究员马光辉和北京朝阳医院教授陶勇为共同通讯作者，过程工程所为第一完成单位。该工作得到了国家自然科学基金项目、北京自然科学基金项目、北京顺义区科技成果转化协调服务平台建设基金、北京市医院管理中心“登峰”人才培养计划的支持。
　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41551-023-01112-3
       文章来源：过程所
       马光辉，中国科学院过程工程所研究员, 现担任过程工程副所长，生化工程国家重点实验室主任。1988年，日本群马大学工学部纤维高分子工学科，获学士学位。1993年，日本东京工业大学理工学研究科高分子工学专业，获博士学位。1994-2001年  先后日本东京农工大学工学部、大学院生物系统应用科学研究科助理教授。2001年2-3月获日本文部省海外派遣资助，赴美国Lehigh大学和New Hampshire 大学做访问学者。2001年中国科学院“百人计划引进人才”到过程工程所工作。获2002年国家杰出青年科学基金，2005年获北京市科学技术奖一等奖，2009年国家发明二等奖，2009年亚洲青年女科学奖（由Elsevier和第三世界科学院共同评审）。研究方向为均一聚合物微球的制备及在生化工程和医学工程中的应用。重点探索均一生物微球的制备及其作为分离介质、药物载体、酶固定化载体、细胞微载体的应用。发展了国际领先的尺寸均一微球的制备技术和装备，制备出了多种微球产品，如多糖介质、聚合物介质、超大孔介质等，部分产品完成规模化生产，并在生物分离领域成功获得了应用和推广。还制备出了尺寸均一的聚乳酸系列微球、多糖微球、智能型微球等，并作为药物载体获得了好的应用结果，成果得到美国辉瑞、GE公司、英国联合利华等知名企业的重视，合作进行了成果转化。主持多项国家项目和企业合作项目，撰写了8本英文学术专著中的8章，编写了6本英文丛书，3本中文专业书，主译学术书1本，在国际期刊发表了100多篇SCI收录的学术论文。
        魏炜，中国科学院过程工程研究所研究员，博导，国家优青。2004年获北京大学医学部药学院学士学位，同年保送进入中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室进行硕博连读，2011年获得博士学位后留所工作，2013年成为首位破格晋升的副研究员，2016年破格晋升为研究员。在Nature Materials、Nature Communications、Immunity、JACS、Advanced Materials、ACS Nano、Advance Functional Materials、Biomaterials等著名学术期刊上共发表SCI论文70篇，H因子28，他引3000余次；其中第一作者和通讯作者共43篇，10篇为封面文章，参与编写中英文论著5部。先后获得中国科学院院长特别奖、中国科学院优秀博士论文、中国科学院卢嘉锡青年人才奖、中国颗粒学会青年科学家奖、中国药学会青年药剂学奖、侯德榜化工青年科技奖等多个奖项，并入选中国科学院青年促进会优秀会员、北京市科技新星计划、北京市青年拔尖人才计划和北京市高创人才计划。