エクソソームの構造と自由設計による細胞特異的薬剤輸送

エクソソームは供給元の細胞の表面リガンド、
表面受容体を表現する2層構造の脂質膜からなります(1,2)。
他の報告でも、
エクソソームはもともと疾患のバイオマーカーとして
利用されるといいます(6,7)。
その理由は、その組織の情報を表面タンパク質が
有しているからです(8-10)。
つまり、疾患特異的な表面タンパク質を液体生検から
識別し、検知することで疾患を診断するということです。
これは見方を変えれば、
その組織の細胞特異的な表面タンパク質が
エクソソームの表面に受け継がれていると考えることもできます。

これは、重要な事実です。
エクソソームの表面のリガンドが
供給元の細胞表面のリガンドと一致するのであれば、
細胞種を選ぶことによって、
細胞種特異的輸送系統(*)が構築できます。
(*)Cell-type-specific delivery system
あるいは任意の遺伝子を含む
ウィルスベクトルなどの導入によって
任意の表面タンパク質をエクソソーム供給元の
細胞に発現させたあとに
「何らかの物質をエンドサイトーシスさせて」
新たにエンドソームを生み出し、
そこからエクソソームを新たに生み出すことで
任意の表面タンパク質を持つエクソソームを
作製できる可能性があります。
その時に、改変する前の膜情報を持つエクソソームと
混在する可能性があるので、
ウィルスベクトルで改変した後に
生み出したエクソソームをどのように精製するか？
といった問題があるかもしれません。

私の調べる限りにおいては
CAR exosomeの報告はすでにあります(3,4)。
しかし、それを薬剤輸送媒体として使うという報告は
まだ少なくとも多くは存在していません(5)。
もし、細胞表面のタンパク質を
遺伝子導入によって自在に発現させることができたら
薬剤の輸送媒体として適していると考えられる
エクソソームの表面タンパク質も変えられる可能性があります。
そうすると
遺伝子とタンパク質の構造予測が進むと
この技術と合わさって、
さらにエクソソームの構造自由度、設計精度が上がります。
それによって身体のあらゆる部位に
もっとも言えばあらゆる表面タンパク質の結合部位に
あるいは、あらゆる疾患に
特異的に輸送できるナノキャリアが
遺伝子導入細胞由来のエクソソームによって
実現できる可能性があります。

エクソソームの脂質膜は親水性のコアを含みます。
エクソソームの構造の詳細な理解は
機能を制御しするうえで重要です。
またエクソソームの構造を変えることで
輸送物の封入状態も変える事ができます。
エクソソームの中に封入される薬剤などの荷物は
能動的、または受動的な方法で実現が可能です。
その方法によって封入効率や
薬剤の安定性などが変わってきます。

(参考文献)
(1)
Xin Luan, Kanokwan Sansanaphongpricha, Ila Myers, Hongwei Chen, Hebao Yuan & Duxin Sun 
Engineering exosomes as refined biological nanoplatforms for drug delivery
Acta Pharmacologica Sinica volume 38, pages754–763 (2017)
(2)
Frydrychowicz M, Kolecka-Bednarczyk A, Madejczyk M, Yasar S, 
Dworacki G.  Exosomes — structure, biogenesis and biological role in 
non-small-cell lung cancer.  Scand J Immunol 2015; 81: 2–10.
(3)
Wenyan Fu, Changhai Lei, Shuowu Liu, Yingshu Cui, Chuqi Wang, Kewen Qian, Tian Li, Yafeng Shen, Xiaoyan Fan, Fangxing Lin, Min Ding, Mingzhu Pan, Xuting Ye, Yongji Yang & Shi Hu 
CAR exosomes derived from effector CAR-T cells have potent antitumour effects and low toxicity
Nature Communications volume 10, Article number: 4355 (2019) 
(4)
Xiang-Jun Tang et al.
Therapeutic potential of CAR-T cell-derived exosomes: a cell-free modality for targeted cancer therapy
Oncotarget. 2015 Dec 29;6(42):44179-90. 
(5)
Anat Aharon et al.
Extracellular Vesicles Derived from Chimeric Antigen Receptor-T Cells: A Potential Therapy for Cancer
Human Gene Therapy.Oct 2021.1224-1241.
(6)
Yoshioka, Y. et al. Ultra-sensitive liquid biopsy of circulating extracellular
vesicles using ExoScreen. Nat. Commun. 5, 3591 (2014).
(7)
Santiago-Dieppa, D. R. et al. Extracellular vesicles as a platform for ‘liquid
biopsy’ in glioblastoma patients. Expert Rev. Mol. Diagn. 14, 819–825 (2014).
(8)
Di Wu, Junhong Yan, Xia Shen, Yu Sun, Måns Thulin, Yanling Cai, Lotta Wik, Qiujin Shen, Johan Oelrich, Xiaoyan Qian, K. Louise Dubois, K. Göran Ronquist, Mats Nilsson, Ulf Landegren & Masood Kamali-Moghaddam 
Profiling surface proteins on individual exosomes using a proximity barcoding assay
Nature Communications volume 10, Article number: 3854 (2019)
(9)
Larssen, P. et al. Tracing cellular origin of human exosomes using multiplex
proximity extension assays. Mol. Cell Proteom. 16, 502–511 (2017).
(10)
Castillo, J. et al. Surfaceome profiling enables isolation of cancer-specific
exosomal cargo in liquid biopsies from pancreatic cancer patients. Ann. Oncol.
29, 223–229 (2017).