基于高通量納米流控芯片實(shí)現(xiàn)外泌體裝載藥物并殺傷腫瘤過(guò)程 研究團(tuán)隊(duì)供圖

如果將細(xì)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(yùn)載器，能夠直接進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)部釋放所攜帶的物質(zhì)而影響受體細(xì)胞。近年來(lái)，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(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院楊慧研究員團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種納米流控芯片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了外泌體藥物載體的高通量制備，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(xì)胞類型都能分泌到細(xì)胞外空間或體液中的納米級(jí)顆粒，其直徑大約為30~200納米，作為一種天然的細(xì)胞間物質(zhì)載體，通過(guò)生物分子的轉(zhuǎn)移和傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)細(xì)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(lái)存在裝載效率過(guò)低、且極易破壞外泌體的完整性和功能性的缺點(diǎn)，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(duì)這一挑戰(zhàn)，楊慧團(tuán)隊(duì)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(wú)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)外泌體藥物載體制備條件的高度可控?；贛EMS微納制程工藝，制造結(jié)構(gòu)精密的納米級(jí)通道，實(shí)現(xiàn)了30,000個(gè)模塊的并行工作，可極大的提高工作效率。通過(guò)納米通道對(duì)外泌體施加機(jī)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(jìn)外源物質(zhì)分子從周圍溶液進(jìn)入外泌體，從而實(shí)現(xiàn)了外泌體藥物載體的無(wú)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(jìn)一步驗(yàn)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(yàn)證對(duì)象，證實(shí)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(yùn)輸?shù)椒伟┘?xì)胞和腫瘤球中，并誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡和抑制腫瘤球生長(zhǎng)。

“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(shí)架起了對(duì)抗癌細(xì)胞、腫瘤細(xì)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。”楊慧表示。

目前，研究團(tuán)隊(duì)正在力求將這一納米流控系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。楊慧介紹，未來(lái)，基于納米流控芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)外泌體載藥的新策略有望發(fā)展成為一個(gè)平臺(tái)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(wú)細(xì)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(lái)源：Small