外泌體是廣泛分布在組織中的天然納米顆粒，可以由所有已知的細胞產生。外泌體是包裹在脂質雙層膜中的納米級細胞外囊泡，由大多數真核細胞分泌，具有的特性——固有的穩定性、低免疫原性、生物相容性和良好的生物膜穿透能力——使其能夠作為高效的天然納米載體。越來越多的研究表明，外泌體可以調節多種生物學功能，是臨床診斷中生物標志物的重要來源。

1. 外泌體的介紹

外泌體是細胞內多泡體（MVB）與細胞膜融合后釋放到細胞外基質中的膜性囊泡，可以運輸豐富的蛋白質、脂質、DNA、RNA等物質。在自然界中，外泌體保護和傳遞功能性大分子，包括核酸、蛋白質、脂質和碳水化合物。外泌體通過將大分子轉移到受體細胞或激活信號通路來改變受體細胞的行為。如轉錄與翻譯、組織修復、免疫平衡、細胞分化與再生、細胞凋亡、細胞遷移、代謝調控、微生物環境等，這些遠遠不能涵蓋近年來學術界廣泛的研究工作。 

外泌體堪稱“正邪兼備"的“多面手"，疾病的發生發展離不開它，免疫功能也離不開它，疾病診斷有時需要它，也可以用來制造疫苗。更多“壞"和“好"外泌體仍在被發現，更多外泌體的作用也在不斷探索。最近的研究表明外泌體作為無細胞療法的潛在用途，這可能為解決臨床難題提供新策略。

越來越多的研究表明，外泌體在細胞間的長距離通訊中發揮著至關重要的作用，因為它們可以通過循環系統到達其他細胞和組織，產生遠程調節。因此，人們對外泌體的功能及其作為小分子治療載體的潛在應用產生了極大的興趣。本文討論了外泌體作為“天然納米顆粒"用于遞送藥物和基因的潛力，并比較了其與脂質體的優缺點。

圖1 通過外泌體進行細胞間通訊

2. 外泌體作為載體的優勢和潛力

為了實現藥物或基因遞送，重要的是要考慮所使用的載體類型。外泌體載體結合了細胞藥物遞送和納米技術的優點，可實現高效藥物遞送。與細胞療法相比，外泌體更容易儲存，可以降低安全風險。外泌體可以從患者體液或細胞培養物中分離出來，進行修飾并轉移回同一患者體內。

人們對外泌體作為藥物載體的期待源于外泌體的結構。其結構簡單，外部是由磷脂雙層組成的膜，膜內分布有豐富的蛋白質，內部是空腔，可負載大分子、小分子和核酸。空腔是我們可以用來 輸送藥物的空間。外部蛋白質的存在是非常有價值的。一方面，它可以提供低免疫原性和可重復給藥的巨大潛力。另一方面，這些蛋白質可用于表面修飾、負載大分子和改善靶向性。

圖2 外泌體結構

外泌體的醫學潛力主要包括三大方向（圖3）：

A.外泌體在診斷預防中的潛力：從病例微環境中提取的外泌體可用作診斷特定疾病和損傷的生物標志物。

B. 外泌體的醫療潛力：外泌體由多種細胞產生，并以多種方式與靶細胞相互作用，產生醫療作用。

C.外泌體的藥物遞送潛力：外泌體可用于遞送多種藥物，如RNA、蛋白質和小分子。
 

圖3 外泌體的潛在應用

3. 外泌體的攝取和潛在靶向

外泌體起源于晚期內吞作用，可以擴散到細胞間液中。外泌體可以通過與靶細胞快速融合或受體介導的內吞作用來運輸物質。到達特定受體細胞后，外泌體表面分子與膜受體結合，包括細胞間粘附分子、淋巴細胞功能相關抗原 1 和 TIM1 (TIM4)。最后，外泌體的內容物被釋放到細胞質中，引起受體細胞的細胞內區室的變化。分泌的外泌體可能通過三種潛在機制被靶細胞吸收（圖 4）。

A. 通過細胞膜的簡單融合。

B.內吞作用。

C. 通過特定表面配體激活靶細胞。外泌體中的一些蛋白質成分可能有助于保護層和穩定囊泡結構的形成，并可能攜帶靶向信息。

圖4 靶細胞攝取外泌體的機制
（來源：參考文獻[2]）

4. 脂質體和外泌體給藥的比較

將治療劑輸送到作用部位的主要挑戰是脫靶毒性、快速清除以及靶組織、細胞或細胞器中的低積累和生物利用度。為了克服這些挑戰，過去幾十年來開發了多種合成遞送載體（脂質體、脂質納米顆粒、聚合物膠束、無機納米顆粒、樹枝狀聚合物等），其中一些已獲得臨床批準。在所有可用的納米顆粒圖譜中，迄今為止市場上最成功且經臨床批準的載體是脂質體。由于脂質體和外泌體之間的相似性，接下來將比較兩者的理化性質和藥物遞送能力。  

A.脂質體：將脂質藥物負載到雙層膜中；可以摻入配體以增加組織靶向特異性；親水性藥物可以負載在脂質體的腔內。 Onpattro 是美國食品和藥物管理局 (FDA) 批準的第一個裝載 siRNA 的脂質納米顆粒，由可電離脂質、膽固醇、聚乙二醇化脂質和輔助脂質組成。

B.外泌體：可以將蛋白質、親水性藥物和核酸（miRNA、siRNA、mRNA等）裝載到囊泡的腔內，同時可以將靶向配體、膜蛋白和親脂性藥物摻入膜中。

圖5 脂質體和外泌體

物理特性、生產和質量控制

脂質體在結構上與外泌體相似，因為它們由脂質雙層組成。類似地，外泌體可以在脂膜雙層內攜帶疏水性藥物，在水性核心內攜帶親水性藥物。此外，臨床批準的脂質體大小約為 100 nm，與外泌體類似。此外，脂質體的大小允許靜脈內給藥并在細胞攝取后外滲到身體的某些部位。

盡管脂質體和細胞外囊泡 (EV)有相似之處，但它們作為藥物遞送載體之間存在許多差異。與外泌體相比，臨床使用的脂質體由有限數量的脂質組成，但不含蛋白質和遺傳物質等細胞成分，因此在藥物質量控制和大規模生產過程中相對容易處理。

然而，外泌體富含鞘磷脂、膽固醇和溶血磷脂，因此外泌體可以實現比在脂質體中混合單個成分更高程度的復雜性。此外，由于膜和核心中存在生物分子，外泌體中可能存在額外的結合袋用于載藥。這對制造和質量控制提出了更高的要求，而迄今為止，外泌體的規模化在生產和收獲方面都具挑戰性。

外泌體和脂質體的體內給藥

納米顆粒（外泌體和脂質體）被單核吞噬細胞系統（MPS）快速清除。脂質體代表可生物降解和生物相容性 DDS，具有非常通用的高通量制備和藥物封裝效率，允許凍干和表面修飾。為了降低免疫原性并避免脂質體快速被血液清除，廣泛使用聚乙二醇（PEG）表面涂層，從而允許在靶組織中積累更多物質。用 PEG 或 PEG 綴合的靶向配體修飾外泌體已被提議作為增強外泌體藥物遞送能力的有前途的策略。另一個有趣的策略是選擇含有特定表面蛋白（例如 CD47）的外泌體子集。這種蛋白質在外泌體中充當“不要吃我"的信號，可能使它們能夠繞過 MPS 并表現出更長的循環時間。

生物分布

市場上所有獲批的脂質體藥物均依賴于被動靶向，只有一小部分主動靶向藥物已進入臨床階段。這是因為，即使當表面配體用于靶向靶細胞上的特定受體時，脂質體的積累仍然被認為是由稱為增強滲透性和保留（EPR）效應的被動外滲過程決定的。通過EPR效應，循環時間較長的脂質體容易在腫瘤或受損心肌中積聚。

藥代動力學和藥效學（PK/PD）

PK/PD作為基于藥物生理藥理作用的模擬系統，可以為藥物的治療效果提供有價值的信息。與游離形式相比，藥物封裝在脂質體中可防止快速清除并顯著改變藥物的 PK 特性。由于表面 CD47 的存在，與脂質體相比，外泌體可能具有降低 MPS 介導的清除率的潛力，但還需要更多證據。由于大規模外泌體生產的挑戰和內源性外泌體的存在，關于外泌體的 PK/PD 特性的信息很少。全面了解外泌體作為 DDS 的 PK/PD 特性對于外泌體進入臨床至關重要。

外泌體作為載體的挑戰

探索外泌體臨床應用的一個關鍵問題是，對于獲得高產量純外泌體的最佳方法缺乏共識。這主要是由于哺乳動物細胞釋放的外泌體數量相對較少。此外，外泌體的純化很麻煩。有多種方法可從細胞培養上清液或生物液體（如牛奶、尿液、血漿、羊水、唾液和腦脊液）中分離外泌體（見表 1）。這些方法各有優點和缺點。

要獲得高產率的純外泌體，首要途徑是擴大外泌體的來源。除此之外，人們還努力將細胞和納米載體的特性結合起來。此外，能夠在不破壞外泌體的情況下增強各種貨物的裝載能力和靶向能力也非常重要。因此，許多研究人員致力于開發合適的方法來修飾外泌體以負載藥物或基因。

結論

近年來，外泌體在生物醫學領域受到廣泛關注，其易于負載多個分子、具有靶向性、工程化潛力、免疫原性低、適合重復給藥等。外泌體作為新的研究熱點，已成為疾病診斷和治療的潛在有效方法，前景廣闊。當然，外泌體有其自身的一些局限性。現階段外泌體的研究并不豐富，因此生產率較低，這也是該領域需要改進的方向。盡管如此，使用外泌體作為藥物或基因遞送載體仍處于起步階段。我們相信，隨著外泌體研究的深入，外泌體療法最終可能會導致藥物或基因遞送領域的重大突破。

Polyethylene glycol（PEG）因其“隱形"特性和生物相容性而被廣泛應用于藥物輸送和納米技術。BiopharmaPEG一直專注于納米載體系統（包括各類納米顆粒、脂質體、膠束等）全系列醫療應用和技術的開發，在該領域積累了大量的數據模型和豐富的研究經驗。基因疫苗和蛋白藥物納米載體的構建和優化。