深圳先進院制備出用于生產外泌體藥物載體的新工具
近日，中國科學院深圳先進技術研究院楊慧研究員團隊研發了一種納米流控芯片技術，實現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A high-throughput nanofluidic device for exosome nanoporation to develop cargo delivery vehicles為題發表在Wiley旗下知名期刊Small上，并被選為當期的封底文章 (Back cover)。
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，直徑大約為30~200納米，其作為一種天然的細胞間物質載體，通過生物分子的轉移和傳遞來實現細胞間的通訊，已被探索為用于治療人類疾病的藥物分子的天然遞送載體，在智能藥物遞送領域具有巨大應用潛力。
然而，傳統方法將外源物質裝載到外泌體中，例如電穿孔方法，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，使得外泌體在生物醫藥應用上面臨重大挑戰。為應對這一挑戰，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，可將多種外源物質裝載到外泌體中，并獲得大量裝有藥物的外泌體樣品。
“外泌體納米穿孔器”借助納米流體芯片技術可在納觀尺度精確控制流體的特點，實現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，制造結構精密的納米級通道，實現30,000個模塊并行工作，可極大的提高制備效率。通過機械擠壓和流體剪切的耦合作用，在外泌體膜表面產生短暫存在、且不破壞生物膜結構的納米孔，促進外源物質分子從周圍溶液進入外泌體，從而實現了外泌體藥物載體的無損傷制備。
研究選取臨床批準的抗腫瘤藥物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到肺癌細胞和腫瘤球中，并誘導癌細胞死亡和抑制腫瘤球生長。研究結果表明開發的納流控芯片確保了含藥外泌體的活性，且可在不產生免疫反應的情況下釋放內含藥物，這是外泌體藥物臨床應用的重要前提。
研究團隊正在力求將這一納米流控系統進行標準化生產。未來，基于納米流控芯片技術實現外泌體載藥的新策略有望發展成為一個平臺型工具，將具有生物學意義和臨床治療作用的不同外源物質裝載到外泌體中，有望在生物學研究和無細胞治療方法開發上得到更多應用。
中國科學院深圳先進技術研究院客座博士生郝銳為該論文的第一作者，楊慧研究員為通訊作者。相關工作得到了國家自然科學基金項目、廣東省重點領域研發計劃、深圳市科技創新委員會的支持。
基于高通量納米流控芯片實現外泌體裝載藥物并殺傷腫瘤過程
