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Nature最新报告称外泌体疗法不久将用于临床

2020/12/25 12:10:14

来源：医药魔方　作者：曼话

大约50年前，有科学家注意到，培养液中的细胞会“脱落”未知功能的小囊。之后的研究发现，这种被称为胞外囊泡或外泌体的结构可将RNA、蛋白质和其它分子从初始细胞运载到相邻细胞，在细胞交流中发挥了重要作用。从最初被认为是一种奇特的生物学现象，到现在被用作药物递送载体，外泌体越来越受关注。

MD Anderson癌症中心的研究人员Raghu Kalluri是外泌体领域的一员，在尝试揭示外泌体相关生物学机理的同时，他也在思考如何将外泌体开发成一种治疗产品。

2015年，Kalluri与人联合创办了Codiak Biosciences，这是首个开始外泌体疗法（exosome-based therapeutic）临床试验的公司。其领先产品exoSTING由经改造后腔内运载了小分子STING激动剂的外泌体组成。今年10月，Codiak启动了exoSTING针对晚期实体瘤的I/II期临床试验。公司的另一重要候选产品exoIL-12是一种经工程改造后在其表面表达促炎IL-12的外泌体，该产品目前正在早期皮肤T细胞淋巴瘤患者中开展I期临床试验。

表1 部分在研工程外泌体疗法

来源：Nature Reviews Drug Discovery

其他生物技术公司也在采用不同途径开发外泌体疗法，利用不同来源的外泌体，不同的工程改造技术，使外泌体携带不同的载荷（表1）。近几年，一个非常明显的现象是，这些致力于外泌体疗法开发的生物技术公司吸引了越来越多制药巨头的合作。例如，总部位于英国牛津的Evox Therapeutics在今年3月与Takeda达成了开发罕见病外泌体疗法的合作，6月与礼来达成了开发针对神经病学靶点的外泌体疗法的合作。

总部位于波士顿的公司PureTech先前与罗氏达成了合作，研究如何将从牛奶中分离出的外泌体开发为一种口服递送核苷酸疗法（nucleotide-based therapies）的手段。不过，这一为期两年的合作关系于2020年结束，PureTech现在正独自进行这项研究。

独特优势

自20世纪70年代以来，科学家们一直在优化药物递送系统。LNPs、聚合纳米颗粒和无机纳米颗粒等递送平台被用于递送药物到特定的细胞或器官中。目前，已有超过20款纳米药物（nanomedicines）获FDA批准上市，适应证包括癌症、丙型肝炎和血友病等。尽管聚合纳米颗粒和无机纳米颗粒可携带多种载荷，但大多数成功的纳米疗法携带了化疗药物和其它小分子。外泌体的尺寸与纳米颗粒相似(约30-150nm)，比AAVs更大。MIT的化学工程师、药物递送领域的大牛Bob Langer指出，相比现有的递送平台，有3个关键特征可以使外泌体更加有优势：免疫原性更低、毒性更低、更能跨越血脑屏障(BBB)等生物屏障。

由于外泌体的免疫原性较低，它们可能特别适用于重复给药。由病毒载体（如AAVs）递送的基因疗法如果重复给药，会导致抗病毒免疫反应，且临床前工作表明，患者能够接受的给药次数是有限的。纳米颗粒也是如此，人体最终会将其识别为外来物质。

能穿越BBB对于递送载体来说也是非常关键的优势。在2011年发表于Nature Biotechnology上的一篇论文中，牛津大学的Matthew Wood及其同事揭示，静脉注射神经元归巢肽标记的外泌体能够穿越小鼠血脑屏障，并递送足够的siRNA来显著降低BACE（阿尔茨海默症的一个潜在靶点）的表达。基于这些数据，Wood与人联合创办了Evox。Evox目前正在修饰外泌体，以增加其通过血脑屏障递送siRNA的能力。Evox也在优化外泌体递送蛋白或mRNA的能力，以治疗罕见疾病。

不同应用

Codiak的首席执行官Doug Williams则指出，外泌体平台的灵活性以及可针对不同应用优化载荷的能力非常关键。Codiak对外泌体进行设计后，使其能被肿瘤中的抗原呈递细胞吸收，能保留在注射部分，不被网状内皮系统吸收。Codiak两款领先的处于临床开发阶段的候选产品（exoSTING和exoIL-12）都被开发用于恢复免疫系统识别和杀死癌细胞的能力。该公司还拥有其它处于临床前开发阶段的免疫调节外泌体。

Kalluri目前专注于使用外泌体来靶向RAS（癌症中最常见的突变蛋白之一）。虽然在RAS领域研发进展最快的是靶向G12C突变（该突变是最常见的KRAS突变之一，具体指KRAS 12位的甘氨酸突变为半胱氨酸）的小分子，但Kalluri将目光投向了G12D突变体。这种突变常见于胰腺癌。而研究显示，胰腺特别擅长“吸收”通过静脉注射递送的外泌体，Kalluri含KRASG12D siRNA的外泌体在胰腺癌模型中改善了生存。由MD Anderson癌症中心开展的一项I期临床试验已经开始。

PureTech采取了不同的方法，其目标是使用口服递送的外泌体将表达载体（expression vectors）运输到胃肠道细胞中。然后，这些细胞将在原地生产治疗性蛋白，并通过淋巴系统将这些蛋白质释放到循环中。PureTech的CSO Joe Bolen认为，口服给药因简单极具吸引力，可能增加患者对任何药物的依从性。不过，将外泌体通过口服递送到胃肠道细胞中还有另一个优势，即起点到目标细胞之间没有免疫细胞。相比之下，大多数通过静脉注射递送的纳米疗法在到达其他目标细胞之前，都会被肝脏中的吞噬细胞吸收和破坏。

利用外泌体运送更复杂的货物，如蛋白质和抗体，也是可能的。Evox正在让他们的外泌体装载治疗性蛋白，以弥补罕见代谢性疾病(如尿素循环紊乱)的遗传缺陷。

生产挑战

外泌体作为一种新型平台，不仅面临着科学方面的挑战，同时也面临着实践上的挑战，比如外泌体的生产制造问题。

在历史上，科学家们曾利用超速离心法纯化外泌体，这是一个费力、耗时的过程，无法用于大规模生产。而现在，Codiak公司已经用基于色谱和过滤的技术取代了超速离心。也正是因为在生产改进方面先人一步，公司的领先候选产品迅速进入了I期临床试验。“我们从一开始就认为，如果不能大规模生产，就不是一种药物。”CEO Williams说道。

同样较早寻找生产解决方案的还有PureTech。该公司也开发了一种简单的纯化方法，可以产生足够的外泌体用于临床。在早期，PureTech使用超速离心法每周能分离出约1014个外泌体。现在，利用专有的纯化方法，约3天就能产生约1017个外泌体。Bolen估计，在临床中，患者每一剂需要大约1013个外泌体。

此外，值得一提的是，PureTech使用的外泌体从乳清(一种经常被丢弃的奶酪生产副产品)中纯化而来，而不是从生物反应器中昂贵的哺乳动物细胞培养物中，因此成本更低。这种独特来源的外泌体的安全性也令PureTech放心，因为来源本来就是可食用的。

未来前景

现在，所有的目光都聚焦在Codiak及其首个基于外泌体的疗法上。大家都想知道，外泌体疗法在临床上是否可行。如果Codiak的候选产品被证明是安全的，那么外泌体领域将集体松一口气。之后的努力也将会转向提高疗效、改善组织选择性以及筛选最佳载荷等方面。

“尽管外泌体疗法还处于早期阶段，但我认为它们是令人兴奋的。”Langer教授说道。

如果外泌体能够有效地将核苷酸疗法递送到特定的组织中，将开启基因医学的新时代，这一领域迄今为止一直受到递送问题的阻碍。此外，理论上，病毒也可以被“装进”外泌体，保护AAVs不受免疫系统的影响，并使大量整合或非整合的DNA片段能够重复给药到特定组织中。甚至靶向细胞内蛋白质的抗体理论上也可以被“装进”外泌体中。

“外泌体领域目前的竞争是，如何最好的利用它们。虽然大多数早期应用集中在核苷酸疗法的递送上，但外泌体可能还有更广泛的功能。” Kalluri说道。

领导Evox的Tony De Fougerolles则表示，目前外泌体领域呈现的所有这些机会让他想起了2004年左右的RNA干扰(RNAi)领域，当时科学家们对开发RNAi疗法充满期待。而现在，所有业界预测能够用外泌体做的事情（如siRNA肝外递送，mRNA的安全重复递送、基因编辑、AAV重复给药）都有可能完全改变这些领域。

参考资料：

1# Exosome-based candidates move into the clinic（来源：Nature Reviews Drug Discovery）