Биотехнологии здоровья

– Низкая иммуногенность и высокая биосовместимость – снижают риск отторжения при терапевтическом применении.

Пример клинического значения:

Мезенхимальные стволовые клетки (МСК) при повреждении тканей выделяют экзосомы, содержащие противовоспалительные микроРНК, которые способны снижать уровень цитокинов IL-6 и TNF-α, ускоряя заживление и регенерацию.

4.2. Биогенез экзосом

Процесс образования экзосом – это часть эндосомально-лизосомальной системы клетки, при которой внутриклеточные мембранные структуры превращаются в транспортные наночастицы. Согласно Международному обществу внеклеточных везикул (ISEV, 2023), биогенез экзосом включает несколько этапов:

Этап 1. Эндоцитоз и формирование ранних эндосом

– Плазматическая мембрана клетки инвагинируется (втягивается внутрь), образуя везикулы эндоцитоза.

– На этом этапе происходит сортировка мембранных белков и липидов, которые в дальнейшем могут попасть в состав будущих экзосом.

Этап 2. Созревание эндосом и образование мультивезикулярных телец (МВТ)

– Ранние эндосомы созревают в поздние эндосомы, в их просвете начинают формироваться внутрипузырьковые везикулы (intraluminal vesicles, ILVs).

– Этот процесс регулируется ESCRT-комплексами (Endosomal Sorting Complex Required for Transport) – специализированными белковыми системами, ответственными за упаковку молекул в ILVs.

– Альтернативный путь формирования – ESCRT-независимый, с участием тетраспанинов (CD63, CD81) и специфических липидов (церамид).

Этап 3. Наполнение содержимым

– Внутрипузырьковые везикулы загружаются белками, нуклеиновыми кислотами, липидами и метаболитами, которые отражают физиологическое или патологическое состояние клетки-донора.

Например:

– При воспалении в экзосомы попадают провоспалительные цитокины и микроРНК, стимулирующие иммунный ответ.

– В опухолевых клетках – онкогенные белки и микроРНК, способные влиять на соседние клетки и способствовать метастазированию.

Этап 4. Экзоцитоз

– Мультивезикулярные тельца сливаются с плазматической мембраной клетки.

– Внутрипузырьковые везикулы выделяются во внеклеточное пространство, превращаясь в экзосомы.

– Дальнейшее их распространение происходит по биологическим жидкостям – крови, лимфе, спинномозговой жидкости, слюне и др.

Этап 5. Захват экзосом клетками-реципиентами

Экзосомы взаимодействуют с клетками-мишенями с помощью:

– рецептор—лигандных взаимодействий (селективная адресация),

– эндоцитоза,

– или прямого слияния мембран.

– После поглощения содержимое экзосом может:

– активировать сигнальные пути клетки,

– изменить экспрессию генов,

– запустить процессы регенерации или, напротив, патологические изменения.

Пример из клинических исследований

В работе Katsuda et al., 2013 показано, что экзосомы мезенхимальных стволовых клеток, введенные в зону ишемического повреждения мозга у животных, способствуют восстановлению нейрональных связей и улучшению когнитивных функций за счет переноса нейропротекторных микроРНК.

4.3. Свойства экзосом

Экзосомы обладают уникальным набором физико-химических и биологических характеристик, которые определяют их роль в физиологии и медицине.

Нанометрический размер

– Диаметр экзосом составляет в среднем 30—150 нм, что позволяет им свободно циркулировать в межклеточном пространстве и проникать через биологические барьеры, включая гематоэнцефалический барьер (ГЭБ).

– Это свойство делает их перспективными носителями для доставки лекарственных средств и генетического материала в головной мозг при лечении нейродегенеративных заболеваний.

Клинический пример: В исследованиях на модели болезни Паркинсона (Haney et al., 2015) экзосомы, нагруженные антиоксидантным ферментом каталаза, успешно пересекали ГЭБ и снижали уровень нейровоспаления.

Биосовместимость и низкая иммуногенность

Экзосомы имеют сходный с клеточными мембранами состав липидного бислоя, что обеспечивает их высокую биосовместимость.

– Низкая иммуногенность снижает риск иммунного отторжения и позволяет использовать их как универсальные транспортные системы в клинической практике.