什么是干细胞外泌体

干细胞的内外存在着被称为“外泌体(exosome)”的微小囊泡。外泌体于1983年被发现,生命科学领域的相关研究不断深入,
已逐渐揭示其与多种生理功能及疾病发生之间的关联性。

在医疗领域,外泌体已被应用于通过体液进行的全新诊断方法,
并被寄予厚望,未来有望在再生医疗中发挥重要作用。

外泌体的机制

外泌体内部包含一种称为“微小RNA(microRNA)”的短链基因序列。
这些microRNA中携带着简洁明了的遗传信息,被认为正是干细胞发挥疗效的关键所在。

根据美国加州大学圣地亚哥分校(UC San Diego)的研究报告指出:“即使去除细胞核,干细胞仍可展现相同的药理效果”,
这说明干细胞的药理作用主要来自于外泌体等胞外囊泡(EV)本身。

此外,外泌体源自细胞、为天然成分,人体内本就大量存在,
因此副作用风险较低,且与传统的细胞治疗相比,正逐渐被认为具有更高的安全性与治疗优势。

本院拍摄的自制外泌体流动影像

注释:由于外泌体本身几乎不可见,因此使用激光照射外泌体并利用其反射光进行可视化拍摄。反射的强度会受到粒子大小及反射角度的影响。

早在1996年,研究人员发现外泌体具备向其他细胞运输物质的功能。
到了2007年,更进一步发现外泌体中含有大量基因复制信息(即 microRNA),
证实外泌体作为细胞间的信息传递载体,扮演着“生物信息信使”的重要角色。

MSC外泌体治疗

引用:Venkat P, Chopp M, Chen J. (2018) Cell-Based and Exosome Therapy in Diabetic Stroke. Stem Cells Transl Med

近年来,众多研究论文 [1,2,3,4,5] 发表指出:
源自间充质干细胞(Mesenchymal Stem Cells;MSC)的外泌体,在MSC细胞治疗机制中起着关键作用。

干细胞治疗的优点在于其安全性与有效性的风险评估明确,
且相关法律规范体系完善,临床应用路径清晰可循。

涉及私人医疗通常所需的治疗内容和费用的事项

与干细胞治疗相比,外泌体

・外泌体本身是从细胞分泌成分中分离提纯而来,不像细胞治疗那样会因投与细胞在体内局部状态不同而影响治疗效果,风险更低
・比细胞体积更小,理论上形成血栓(栓塞)的风险较低
・对靶组织的迁移能力强,具有良好的靶向性
・相比细胞治疗,外泌体可进行多次反复投与,提高治疗灵活性
・易于定量管理(以粒子数为单位),便于产品标准化与剂量控制

・所需干细胞数量远高于细胞治疗,为了提取得到足够量的外泌体,需要大量干细胞进行培养
・质量控制与生产管理尚未完全标准化,不同机构间的提取工艺和纯度存在差异,可能影响疗效与安全性

2019年,国际细胞外囊泡学会(ISEV)旗下的官方期刊《Journal of Extracellular Vesicles》中,对来源于MSC的外泌体治疗进行了明确定义 [6,7,8]。

我院所开展的MSC外泌体治疗,所依据的外泌体规格标准与特性评估方法,
均遵循日本再生医疗学会所提出的指导规范。

参考:日本再生医疗学会发布的《外泌体制备与管理示例》

  1. Allan D, Tieu A, Lalu M, Burger D. Mesenchymal stromal cell-derived extracellular vesicles for regenerative therapy and immune modulation: Progress and challenges toward clinical application. Stem Cells Transl Med 2020; 9(1):39-46.
  2. Rohde E, Pachler K, Gimona M. Manufacturing and characterization of extracellular vesicles from umbilical cord-derived mesenchymal stromal cells for clinical testing. Cytotherapy 2019; 21(6):581-592.
  3. Witwer KW, Van Balkom BWM, Bruno S, Choo A, Dominici M, Gimona M, et al. Defining mesenchymal stromal cell (MSC)-derived small extracellular vesicles for therapeutic applications. J Extracell Vesicles 2019; 8(1):1609206
  4. Elahi FM, Farwell DG, Nolta JA, Anderson JD. Preclinical translation of exosomes derived from mesenchymal stem/stromal cells. Stem Cells 2020; 38(1):15-21.
  5. Tsuchiya A, Takeuchi S, Watanabe T, Yoshida T, Nojiri S, Ogawa M, et al. Mesenchymal stem cell therapies for liver cirrhosis: MSCs as “conducting cells” for improvement of liver fibrosis and regeneration. Inflamm Regen 2019; 39:18.

 

  1. Lener T,Gimona M, Aigner L, Borger V, Buzas E, Camussi G, et al. Applying extracellular vesicles based therapeutics in clinical trials -an ISEV position paper. J Extracell Vesicles 2015; 4:30087.
  2. Thery C, Witwer KW, Aikawa E, Alcaraz MJ, Anderson JD, Andriantsitohaina R, et al. Minimal information for studies of extracellular vesicles 2018 (MISEV2018): a position statement of the International Society for Extracellular Vesicles and update of the MISEV2014 guidelines. J Extracell Vesicles 2018; 7(1):1535750.
  3. Dominici M, Le Blanc K, Mueller I, Slaper-Cortenbach I, Marini F, Krause D, et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy 2006; 8(4):315-317



DMに対するExsm臨床治験

NCT03106246

Circulating Extracellular Vesicles Released by Human Islets of Langerhans

McGill University Health Center

CHU de Quebec-Universite Laval

NCT03660683

Effect of Saxagliptin and Dapagliflozin on Endothelial Progenitor Cell in Patients With Type 2 Diabetes Mellitus

Sabyasachi Sen|George

Washington University

NCT03250078

A Pancreatic Cancer Screening Study in High Risk Individuals Including Those With New-Onset Diabetes Mellitus

Western Connecticut Health 

Network

NCT02649465

SGLT2 Inhibitor Versus Sulfonylurea on Type 2 Diabetes With NAFLD

Kanazawa University

Kowa Company, Ltd.

NCT02138331

Effect of Microvesicles and Exosomes Therapy on ホイ-cell Mass in Type I Diabetes Mellitus (T1DM)

General Committee of Teaching Hospitals and Institutes, Egypt

NCT03027726

Prevention of Diabetes in Overweight/Obese Preadolescent Children

Basque Country University

Ministerio de Competitividad, Spain

NCT03392441

Insulin Deprivation on Brain Structure and Function in Humans With Type 1 Diabetes

Mayo Clinic

 

Obesityに対するExsom臨床治験

NCT03459703

Effect of Time-Restricted Feeding on Fat Loss and Cardiometabolic Risk Factors in Overweight Adults

University of Alabama at Birmingham

NCT03762629

Exercise and Diet Restriction on Cardiovascular Function in Obese Children and Adolescents

Guangzhou Sport University



外泌体(Exosome)与培养上清液有何不同?

外泌体是指从培养上清液中进一步通过高精度超速离心提取出来的、直径小于100纳米的纳米级微粒。
它是培养上清液中的一种活性成分,具有高度生物功能性。

我院采用 Beckman Coulter Optima XE 超速离心机进行外泌体提取,确保纯度与质量。

NanoSight 相关说明影片:https://youtu.be/TuFVmSb7NvM

我院制作的外泌体与培养上清液,通过 NanoSight 设备进行测量,并绘制出显示粒径(横轴)与粒子数(纵轴)的图表。

左图:外泌体(Exosome)

右图:培养上清液
在两者中都能检测到外泌体,尤其在约 100nm 附近的尖锐峰值即为外泌体的特征表现。

然而,在培养上清图中还能看到300nm 和 800nm 的峰值,这些是属于 微囊泡(Micro Vesicle,MV),
其功能与外泌体不同。

作为参考,干细胞的大小大约为 100μm,是外泌体半径的 1000倍以上。
这说明,培养上清液中除了外泌体外,还含有大量 MV 成分,其组成与纯净的外泌体不同。

参考影片:
Mesenchymal Stem Cells and Exosome Therapy
https://youtu.be/YnCQZ6DWLN4

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培养视频
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培养视频
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