細胞外小胞の標的細胞、細胞質への効率的な輸送

細胞種特異的輸送系統(*)では
どのように様々な標的外の組織、臓器による
取り込みを乗り越えて、標的細胞種、組織種まで
薬剤を含むナノ粒子を効率的に輸送されるか考えます。
(*)Cell-type-specific delivery system。
--
Killian O’Brien, Koen Breyne(敬称略)らは
細胞種特異的輸送系統も含めて
特定の細胞種までどうやって効率的に輸送するか？
特に表面リガンドの付加的装飾について総括されています。
また、標的細胞に到着した後に
エンドソームからの放出も含めて
細胞質までどうやって細胞外小胞積載物を輸送させるか
について総括されています(1)。
--
本日はその内容の一部、追記、考察を
読者の方と共有したいと思います。

//特定の細胞種への効率的な輸送//ーー
細胞外小胞は他のナノ粒子と同様に
生体内では
〇肝臓
〇腎臓
〇肺
〇脾臓
これらの臓器によって取り込まれ、除去されるが
標的細胞まで輸送させる事の壁となります(7-9)。
(但し、エクソソームの生体内寿命は長い
という報告もあります(2-6)。)
腹腔内、血管、皮下からの注入によって
生体内の分布はそれほど劇的には変わらない
とされています(9)。
--
細胞外小胞の生体内安定性を高めるために
〇ポリマーポリエチレングリコール
これで細胞外小胞をコートすることや
〇CD47("Don't eat me"受容体)
これを表面に発現させる事が挙げられています(10,11)。
また、
細胞外小胞への組み込みとして
〇タンパク質
〇ペプチド
〇抗体
〇脂質
〇RNAアパタマー(標的に特異的に結合する分子)(12)
これらの物質が挙げられています。
--
脳へ標的とする輸送において
ラビウィルスの糖たんぱく質からのペプチド。
(脳のアセチルコリン受容体標的)
これを細胞外小胞の
リソソーム関連細胞膜2B。
これに融合させたデザインが検討されています(13)。
しかし、効果は研究ごと異なるとされています。
--
癌組織を上皮成長因子受容体を標的。
このためにナノボディーを表面に発現するように
細胞外小胞をエンジニアリングします。
この方法が挙げられています(14)。
--
組織標的リガンドを
フォスファチジルセリン結合ドメインである
lactadherin。
これが細胞外小胞表面に発現されているので
これと結合させます(15)。
--
細胞外小胞の代表的な表面リガンド
テトラスパニンCD63に結合する
ペプチド、CP05を発見するために
高スループットのスクリーニングが使用できます(16)。
--
細胞外小胞の膜表面に人工的な脂質を組み込みます。
この脂質は特定の組織を標的とする抗体や
ペプチドを引き寄せ、合体します。
これが細胞外小胞の生体内分布に影響を与えます(17)。
--
標的に特異的に結合する分子である
RNAアパタマーが標的化のために注目されています。
-
バクテリオファージΦ29RNAは
以下の物質を取り込むためにエンジニアリングされます。
〇膜標的コレステロール
〇前立腺特異的膜抗原
〇RNAアパタマー
〇上皮成長因子受容体RNAアパタマー
これらです(18)。
このRNAトリマーは自発的に自身を
細胞外小胞の膜に取り込みます。
これらを装飾した細胞外小胞の中に
抗がん作用のあるsiRNAsを封入し、
その小胞を投与した結果、
マウスのケースで癌の成長が抑制されました。
-
癌細胞標的RNAアパタマーは
疎水性ジアシル脂質を複合体化して
細胞外小胞の膜に取り込まれます。
この現象が抗癌剤封入後に起こります(19)。
--
細胞外小胞の機能化を化学的に行います。
〇アパタマー複合アルデヒド
〇膜タンパク質のアミノグループ
これらの化学的な反応です。
それによって
骨髄間質からの細胞外小胞は
骨髄特異的なRNAアパタマーを装飾しました(20)。
--
しかしながら、
上述したような装飾因子は
RNA、タンパク質を分解する酵素を含む体液によって
消化されてしまう可能性があります。
それが標的性を低下させます(21,22)。
--
負に帯電した細胞外小胞を中性化する
ノイラミニターゼで処理した結果
肝臓への向性が下がり、
脳のような他の臓器での取り込みが上がりました(23)。
--
エンジニアグリカンは
細胞外小胞の表面に発現させることができます。
細胞外小胞の認識や取り込みにおいて重要です(24,25)。
--
細胞への取り込みの向上は
陽イオン性脂質(Lipofectamineなど)を
表面に発現させることで可能になります(26)。
〇マクロピノサイトーシス(27)
〇受容体クラスタリング(28)
これらが生じ、取り込みが上がります。

//細胞質への効率的な輸送//ーー
細胞外小胞が細胞内に取り込まれ、
RNAなどが機能性を発揮する細胞質まで輸送されるためには
細胞膜との融合が必要です。
その融合を促すタンパク質は
〇syncytin 1
〇syncytin 2 
〇epithelial fusion failure 1 protein
これらです(29)。
また、ギャップを作り道筋を作る
〇connexin 43
これも存在します(30)。
--
ウィルスは細胞質内に入り込む機能を持ちますが
それを利用します。
〇口内炎ウィルスのウィルスタンパク質
これを組み込むことによって
細胞質への輸送効率が高まります。
しかし、抗原性タンパク質を誘発する
可能性もあります(31-33)。
他には
アデノウィルスやインフルエンザウィルスのように
pHに感受性が高い融合タンパク質を使い、
pHの異なるエンドソーム内で
特異的にエンドソーム膜融合を実現し
細胞質内への輸送効率を高めます(34-36)。
ウィルスの多くは
エンドソーム内での劣化を防ぎ、放出を促すための
穴を形成する毒素を持っています(37-39)。
--
クロロキンを加えることで
エンドソームの膜形状を変化させ、
破れを生じさせることで細胞質内への
細胞外小胞の輸送効率を高める方法もあります(40)。
他には
UNC10217832A分子があります(40)。

//細胞種特異的輸送系統の観点//ーー
細胞種特異的輸送系統では
Surfactomeによって輸送したい標的細胞種のみが
発現している特異的な表面リガンドを見つける
ことを一つの重要な要素としています。
また、その特異的表面リガンドとペアで結合する
物質の探索も課題としてあります。
この物質を合成できるか、
あるいは遺伝子的に作製できるか？
といった問題もあります。
さらにそれを表面に発現させることができるか？
このような課題もあります。
--
上述した結合を通じた付加的装飾に加えて
CAR-T細胞のように細胞内に遺伝子ベクトルを入れて
特異的な表面リガンドをドナー細胞に発現させ
それを細胞外小胞に反映させるという方法も考えられます。
--
特定の細胞種への標的化は
細胞種特異的な表面リガンドを装飾することの
一要因だけでは決まりません。
免疫系などの食作用を防ぐCD47や
大きさ、表面電荷、他の表面リガンドなど
様々な組み合わせ、相乗効果の中で
特異的輸送が達成されると考えられます。

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