音響流体駆動によるエクソソーム内の薬剤内包シリカナノ粒子の封入(2)

エクソソームに薬剤を封入する事によって
標的組織、細胞までの薬剤輸送効率を顕著に上げられること、
副作用を小さくできる事がわかっています。
しかし、
薬剤をエクソソームに封入する効率が低いことが課題です。
複雑で、時間がかかります。
Zeyu Wang(敬称略)らは音響流体(Acoustofludic)素子
を使ってエクソソームへの薬剤封入を開発されています(1)。
音響放射圧、音響による微小な流れ、せん断応力などの
力で相乗的にテコ入れすることによって、
エクソソーム内に細孔シリカナノ粒子を封入し、
その細孔シリカナノ粒子の穴の中に薬剤を封入する、
2段の封入構造を実現しています。
実際に液的表面に音響により渦状の回転駆動力が生じ、
それによって、エクソソーム、細孔シリカナノ粒子、
薬剤が中心に集まります。
その渦中心に向かう力、高密度での集中効果によって
最終的にエクソソーム内に薬剤を内包した
細孔シリカナノ粒子が封入されます。
(参考文献(1) Fig.1)
それによって積載効率は30%と
従来の10%以下(2)よりも3倍以上高い効率を実現しています。
実際に渦を使ったシリカ粒子へのドキソルビシンへの
エクソソームの封入よりも高い効率を示していることから
上述した渦の効果以外、音響による効果が
薬剤封入効率の向上に寄与している可能性があります。
また、
積極的封入法として知られる
超音波による薬剤封入効率は11.68%であり(3)、
それよりも約3倍程度の高い効率を示しています。
この音響流体を使った封入方法では
シリカ粒子と抗がん剤であるドキソルビシンの
最適な濃度があります。
例えば、シリカ200μg/mLとドキソルビシン400μg/mL。
(参考文献(1) Fig.3a)
上述したような音響による効果は
エクソソームの膜を破ることが想定されます。
しかし、シリカ粒子がエクソソームに封入された際の
エクソソームに発現している表面リガンドCD63, CD9は
エクソソーム単体と同様に検出されています。
つまり表面リガンドは封入後も維持されています。
(参考文献(1) Fig.2c参照)
エクソソーム内に細孔部に抗がん剤ドキソルビシンが
封入されたシリカナノ粒子が
癌細胞にどのように作用するかを
試験管内で癌細胞であるHeLa, MCF-7細胞に対して
評価されています(1)。
その結果、MCF-7は高い抵抗性を示しましたが、
遊離ドキソルビシンに対して、
2倍以上の高い抗がん作用を示しています。
(参考文献(1) Fig.4b)
この薬剤抵抗性の一つは、薬剤を細胞外に流出させる
機序によって生じると考えられますが、
エクソソーム内に細孔部に抗がん剤ドキソルビシンが
封入されたシリカナノ粒子では
エンドサイトーシスを通して薬剤が取り込まれるので
このような流出による薬剤抵抗性が
生じにくいと推定されています(1)。

//考察//ーー
エクソソームを使った薬剤輸送は
細胞種特異的輸送系統(*)で特異的な表面リガンドを形成することで
高く標的化されていれば、
生体内では細胞への取り込みに関わらず、
遊離薬剤よりも高い効率で輸送できる事が想定されます。
(*)Cell-type-specific delivery system。
今回、細胞内の取り込み、薬剤抵抗性においても
エクソソームに封入することのメリットが見いだせました。
従って、この機序を生体内に応用することで
より高い薬剤輸送効率を実現できる可能性があります。
また、今回調べられなかった
免疫原性についてもシリカナノ粒子と
それをエクソソームに包んだ場合において
異なる可能性があります。

(参考文献)
(1)
Zeyu Wang, Joseph Rich, Nanjing Hao, Yuyang Gu, Chuyi Chen, Shujie Yang, Peiran Zhang & Tony Jun Huang
Acoustofluidics for simultaneous nanoparticle-based drug loading and exosome encapsulation
Microsystems & Nanoengineering volume 8, Article number: 45 (2022) 
(2)
Shen, S., Wu, Y., Liu, Y. & Wu, D. High drug-loading nanomedicines: progress,
current status, and prospects. Int. J. Nanomed. 12, 4085 (2017).
(3)
Fu, S., Wang, Y., Xia, X. & Zheng, J. C. Exosome engineering: current progress in
cargo loading and targeted delivery. NanoImpact 20, 100261 (2020).