基于高通量納米流控芯片實現(xiàn)外泌體裝載藥物并殺傷腫瘤過程 研究團隊供圖

如果將細胞比喻為生產(chǎn)生物分子的工廠，那么外泌體則是攜帶這些分子的運載器，能夠直接進入受體細胞內(nèi)部釋放所攜帶的物質(zhì)而影響受體細胞。近年來，外泌體被用于探索治療人類疾病的藥物分子的天然遞送載體，在智能藥物遞送領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

9月2日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院楊慧研究員團隊研發(fā)了一種納米流控芯片技術(shù)，實現(xiàn)了外泌體藥物載體的高通量制備，并實驗驗證了新型外泌體藥物載體的抗腫瘤效果。最新研究成果以封面文章的形式發(fā)表于《Small》上。博士研究生郝銳為該論文的第一作者，楊慧研究員為通訊作者。

外泌體是幾乎所有細胞類型都能分泌到細胞外空間或體液中的納米級顆粒，其直徑大約為30~200納米，作為一種天然的細胞間物質(zhì)載體，通過生物分子的轉(zhuǎn)移和傳遞來實現(xiàn)細胞間的通訊。將外源物質(zhì)裝載到外泌體中的傳統(tǒng)方法，如電穿孔方法，一直以來存在裝載效率過低、且極易破壞外泌體的完整性和功能性的缺點，使得外泌體在生物醫(yī)藥應(yīng)用上面臨重大挑戰(zhàn)。

為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，楊慧團隊提出一種名為“外泌體納米穿孔器 (Exosome nanoporator)”的高通量芯片，可將多種外源物質(zhì)裝載到外泌體中，并獲得大量裝有藥物的無損傷外泌體樣品。

“外泌體納米穿孔器”借助納米流體芯片技術(shù)可在納觀尺度精確控制流體的特點，實現(xiàn)外泌體藥物載體制備條件的高度可控。基于MEMS微納制程工藝，制造結(jié)構(gòu)精密的納米級通道，實現(xiàn)了30,000個模塊的并行工作，可極大的提高工作效率。通過納米通道對外泌體施加機械擠壓和流體剪切的耦合作用，在外泌體膜表面產(chǎn)生短暫存在、且不破壞生物膜結(jié)構(gòu)的納米孔，促進外源物質(zhì)分子從周圍溶液進入外泌體，從而實現(xiàn)了外泌體藥物載體的無損傷制備。

阿霉素作為一類抗生素類藥物，常作為腦膠質(zhì)瘤、惡性淋巴瘤、乳腺癌以及肺癌等各類癌癥的治療藥物。為進一步驗證“外泌體納米穿孔器”的有效性，研究人員選取阿霉素作為驗證對象，證實了“外泌體納米穿孔器”可以將其高效裝載到外泌體中，并且載藥外泌體可以將阿霉素運輸?shù)椒伟┘毎湍[瘤球中，并誘導(dǎo)癌細胞死亡和抑制腫瘤球生長。

“研究結(jié)果表明開發(fā)的納米流控芯片確保了含藥外泌體的活性，同時架起了對抗癌細胞、腫瘤細胞等的“直擊通道”，在不產(chǎn)生免疫反應(yīng)的情況下釋放內(nèi)含藥物，這是外泌體藥物臨床應(yīng)用的重要前提?！睏罨郾硎?。

目前，研究團隊正在力求將這一納米流控系統(tǒng)進行標準化生產(chǎn)。楊慧介紹，未來，基于納米流控芯片技術(shù)實現(xiàn)外泌體載藥的新策略有望發(fā)展成為一個平臺型工具，將具有生物學(xué)意義和臨床治療作用的不同外源物質(zhì)裝載到外泌體中，在生物學(xué)研究和無細胞治療方法開發(fā)上得到更多應(yīng)用。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/smll.202102150

來源：Small