上海交通大学：基于尿液外泌体的工程化纳米载体用于同源靶向前列腺癌治疗

基于外泌体的多功能纳米载体可用于肿瘤特异性靶向和防止免疫逃逸，然而高剂量和高纯度均质外泌体的纯化仍然有挑战性。来自上海交通大学生物医学工程学院崔大祥、张倩课题组的研究人员开发了一种纳米载体Exo-PMA/Fe-HSA@DOX，通过尿液外泌体膜作为化学动力学治疗诊断纳米平台，用于同源靶向前列腺癌治疗。该研究发表于Biomaterials杂志上。

纳米颗粒（NPs）介导的药物递送为临床癌症治疗和诊断的带来了巨大进展。为了提高NPs 的主动靶向性，可以将抗体、肽和适体的靶向配体设计到 NPs 上，改善肿瘤中的特异性积累。然而，这种方案不能满足大规模生产的要求。

最近，仿生纳米技术得到了广泛的研究。例如，肿瘤细胞膜包被的纳米粒子具有特殊的能力，包括配体识别和靶向以及免疫逃逸，这对于有效地将药物输送到肿瘤部位至关重要。然而，由于肿瘤细胞等有核细胞膜的来源有限，难以获得大规模的高纯度生物膜，限制了它们的临床应用。外泌体由于具有优异的生物相容性、极好的跨细胞渗透性、循环中的天然稳定性以及低免疫原性和毒性，作为细胞衍生的 30-150 nm 大小的膜载体，外泌体被认为是优秀的药物输送候选物。大量研究报道外泌体可以从肿瘤或免疫细胞的体外细胞培养基中分离，但极低的产量（100万个个树突状细胞培养7天获得6μg）限制了临床应用。此外，外泌体需要通过多种方法进行设计以实现其特殊功能，包括将目标肽转移到细胞中以产生具有目标配体的外泌体，通过孔径逐渐减小的过滤器促使载药细胞产生囊泡，实现外泌体和修饰脂质体的融合，产生混合外泌体。肿瘤来源的外泌体可以作为“特洛伊木马”，通过自身识别同源肿瘤细胞向肿瘤细胞输送药物，继而对肿瘤进行自我瞄准。

与体外培养获得的外泌体相比，尿液是更好的外泌体来源，用于靶向泌尿系统肿瘤，无需繁琐的细胞培养过程。作为体液中外泌体的主要来源，研究人员经优化的策略可以获取前列腺癌患者尿液中克级高纯度的外泌体，从而为后续的大量研究提供充足的优质来源，用于纳米载体的大规模制备。重要的是，膜材料的获得简化了传统的复杂细胞培养程序，因为它们可以直接从丰富的尿液来源中获得，并且尿液的无菌性确保最终产品不含生物和化学污染。此外，尿液外泌体含有多种膜蛋白，如 CD9和CD47。CD9促进外泌体膜直接融合到靶细胞中并增强治疗药物的细胞递送，而CD47 被认为与信号调节蛋白结合（释放“不要吃我”信号）阻断吞噬作用。与高CD47表达的黑色素瘤细胞中纯化的外泌体相比，源自 DC2.4 细胞的外泌体更容易在单核吞噬系统 (MPS) 中聚集。

EGFR及其下游AKT/NF-kB/IkB信号通路与肿瘤增殖进展密切相关。EGFR酪氨酸激酶抑制剂，如吉非替尼、舒尼替尼和卡博替尼，在治疗一年后出现耐药，严重阻碍了其在前列腺癌中的临床应用。此外，化学动力学疗法（CDT）被定义为一种新的治疗策略，它通过芬顿反应将H2O2转化为具有细胞毒性的羟基自由基 (·OH)来杀死癌细胞。已发现 Fe3O4 NPs 在各种 pH 环境下可实现双重酶活性。Fe3O4 NPs 可以在中性环境中将过氧化氢 (H2O2) 分解为 H2O 和 O2，起到催化剂的作用。进一步研究发现，它们可以将 H2O2 催化分解为 ·OH，在弱酸性环境中表现出类似过氧化物酶的活性。因此，Fe3O4 NPs 被认为是有前景的肿瘤治疗纳米酶，因为特异性产生的·OH 可以在肿瘤的弱酸性环境中引发恶性细胞的凋亡。

在本研究中，研究人员设计了一种名为 PMA/Fe-HSA@DOX 的纳米颗粒，由纳米尺寸的 Fe3O4无机纳米酶与化学治疗剂DOX通过静电吸附人血清白蛋白（HSA）组成，然后将PMA/Fe -HSA@DOX 嵌入前列腺癌患者尿液外泌体中，制造了仿生Exo-PMA/Fe-HSA@DOX Trojan 纳米载体。外泌体上的膜蛋白抗原CD47的高表达可以降低循环MPS中的NPs清除率。由于外泌体膜的介导，纳米载体更容易进入细胞，催化细胞内的内源性H2O2产生毒性·OH，毒性·OH和低剂量DOX有效协同诱导癌细胞凋亡。此外，外泌体可以将更多的NPs富集到肿瘤部位，从而提高细胞内·OH和DOX水平，从而增强对EGFR及其下游AKT/NF-κB/IκB信号通路的抑制。因此，纳米载体的同型靶向性能可以显著提高其在癌症部位的靶向和保留能力，从而增强癌症治疗的效果。

参考文献：Urinary exosomes-based Engineered Nanovectors for Homologously Targeted Chemo-Chemodynamic Prostate Cancer Therapy via abrogating IGFR/AKT/NF-kB/IkB signaling. Biomaterials. 2021 Jun 4;275:120946.