Wir haben die aufregendsten neuen Forschungen auf dem Gebiet der Genetik und Zellforschung der letzten Woche zusammengestellt.
Klinische Anwendungen von Exosomen: Eine kritische Überprüfung
Exosomen, kleine membrangebundene Vesikel, die von Zellen sezerniert werden, haben aufgrund ihres therapeutischen Potenzials große Aufmerksamkeit erregt. Sie haben einen Durchmesser von 30-100 nm und stammen von verschiedenen Zelltypen. Exosomen spielen eine entscheidende Rolle bei der interzellulären Kommunikation, indem sie Proteine, Lipide und RNA zwischen Zellen übertragen. In dieser Übersichtsarbeit wird die vorhandene Literatur über die klinischen Anwendungen von Exosomen analysiert. Wir haben eine umfassende Suche nach von Experten begutachteten Artikeln und klinischen Studiendaten durchgeführt, um die Vorteile, Grenzen und Herausforderungen von Therapien auf der Basis von Exosomen zu bewerten. Zu den Schwerpunktbereichen gehörten regenerative Medizin, Krebstherapie, Gentherapie und diagnostische Biomarker. Diese Übersicht beleuchtet die vielfältigen klinischen Anwendungen von Exosomen. In der regenerativen Medizin erleichtern Exosomen die Reparatur und Regeneration von Gewebe. In der Krebstherapie können Exosomen therapeutische Wirkstoffe direkt an Tumorzellen abgeben. In der Gentherapie dienen Exosomen als Vektoren für die Genübertragung. Als diagnostische Biomarker sind sie nützlich für die Diagnose verschiedener Krankheiten. Herausforderungen wie die Isolierung, Reinigung und Charakterisierung von Exosomen wurden identifiziert. Aktuelle klinische Studien zeigen das Potenzial von Therapien auf der Basis von Exosomen, weisen aber auch auf erhebliche Hürden hin. Regulatorische Fragen, einschließlich der Notwendigkeit der Standardisierung und Validierung von Exosomenprodukten, sind entscheidend für die Weiterentwicklung dieser Therapien. Auch wenn beim Verständnis der Biologie von Exosomen bedeutende Fortschritte erzielt wurden, ist weitere Forschung unerlässlich, um ihr klinisches Potenzial voll auszuschöpfen. Die Bewältigung der Herausforderungen bei der Isolierung, Reinigung und regulatorischen Standardisierung ist entscheidend für ihre erfolgreiche Anwendung in der klinischen Praxis. Diese Übersicht gibt einen prägnanten Überblick über die klinischen Anwendungen von Exosomen und betont dabei sowohl ihr therapeutisches Potenzial als auch die Hindernisse, die es zu überwinden gilt.
Neuartiges System zur Verabreichung von Medikamenten auf der Basis von Exosomen für eine synergistische Krebsbehandlung
Eierstockkrebs ist eine der häufigsten bösartigen Erkrankungen bei Frauen weltweit. Anders als bei Brustkrebs gibt es bei Eierstockkrebs keine Frühdiagnosemarker und die Symptome treten erst auf, wenn der Krebs Metastasen gebildet hat, was zu einer niedrigen Überlebensrate für Eierstockkrebspatientinnen führt. Zu den traditionellen Krebsbehandlungen gehören Chirurgie, Strahlentherapie, Chemotherapie und interventionelle Therapie. Die Verteilung von Chemotherapeutika in vivo ist jedoch unspezifisch und oft toxisch für gesunde Zellen, was zu einer unbefriedigenden Wirksamkeit führt.
In einer Studie, die in der KeAi Zeitschrift Biomedical Analysis veröffentlicht wurde, skizziert eine Gruppe von Forschern aus China einen neuen Diskriminierungs- und Behandlungsansatz – ein neuartiges, auf Exosomen basierendes Medikamentenabgabesystem, das die Fähigkeit von Medikamenten, in die Zellen einzudringen, und das Anvisieren von Krebszellen verbessern könnte. Dieser Ansatz bietet ein neues System zur Verabreichung von Medikamenten und eine synergistische Therapieidee, die den Weg für zukünftige klinische Anwendungen ebnet.
Autophagie ist ein intrazellulärer Abbauprozess, bei dem eine Zelle ihre eigenen zytoplasmatischen Proteine oder Organellen verschlingt und sie in Autophagosomen einkapselt. Viele Studien haben gezeigt, dass die Autophagie in der Krebsbiologie eine doppelte Rolle bei der Förderung und Hemmung von Tumoren spielt. Vor allem die Hemmung der Autophagie hat das Potenzial, die klinische Behandlung von Krebspatienten zu verbessern.
„Wir haben ein neuartiges Antitumor-Wirkstofftransportsystem auf der Basis von Exosomen entwickelt, das die synergistischen Effekte der miRNA-regulierten Autophagie-Hemmung und der Krebsmedikamente aus Cumarin nutzt, um eine wirksame Behandlung von Eierstockkrebs zu erreichen“, sagt Xin Hua, Erstautor der Studie. „Mit den Anti-Tumor-Effekten und der intrazellulären Visualisierung durch 7-Cumarin, der Regulierung des Autophagie-Prozesses durch die eingekapselte miRNA und der gezielten Ansprache von Krebszellen durch das Exosom zeigten der synergistische Effekt und die Exosom-basierte Wirkstoffverabreichungsstrategie für die Antikrebstherapie vielversprechende Aussichten für in vitro und klinische Anwendungen.“
Strategien für das Targeting peptidmodifizierter Exosomen und ihre Anwendung in der Lunge
Exosomen gehören zu einer Untergruppe der extrazellulären Vesikel, die von verschiedenen Zellen abgesondert werden und an der interzellulären Kommunikation und dem Materialtransfer beteiligt sind. In den letzten Jahren wurden Exosomen aufgrund ihres natürlichen Ursprungs, ihrer hohen Stabilität, ihrer geringen Immunogenität und ihrer hohen Entwicklungsfähigkeit als Träger für Arzneimittel eingesetzt. Die gezielte Verabreichung von Medikamenten mit Exosomen bleibt jedoch eine Herausforderung. In dieser Arbeit wurde eine Phage-Display-Technologie verwendet, um gezielte Peptide zu screenen, und es wurden verschiedene Strategien zur Oberflächenmodifikation von Exosomen mit gezielten Peptiden untersucht. Darüber hinaus wurde die Anwendung von Peptid-gezielten Exosomen bei Lungenkrankheiten zusammengefasst.
Exosomen aus BMSCs in osteogener Differenzierung fördern die Angiogenese von Blutgefäßen vom Typ H durch miR-150-5p vermittelte metabolische Reprogrammierung von Endothelzellen
Die Osteogenese ist räumlich und zeitlich eng mit der Angiogenese gekoppelt. Frühere Studien haben gezeigt, dass Blutgefäße vom Typ H, die von Endothelzellen mit hoher Expression von CD31 und Emcn (CD31hi Emcnhi ECs) gebildet werden, eine entscheidende Rolle bei der Knochenregeneration spielen. Der Mechanismus der molekularen Kommunikation zwischen CD31hi Emcnhi ECs und mesenchymalen Knochenstammzellen (BMSCs) in der osteogenen Mikroumgebung ist unklar. Diese Studie zeigt, dass Exosomen aus mesenchymalen Knochenstammzellen mit 7-tägiger osteogener Differenzierung (7D-BMSCs-exo) die Angiogenese von CD31hi Emcnhi ECs fördern können. Dies wurde durch Röhrenbildungstest, qRT-PCR, Western Blot, Immunfluoreszenzfärbung und µCT-Tests usw. in vitro und in vivo nachgewiesen. Darüber hinaus haben wir mit Hilfe von exosomalen miRNA-Mikroarrays und WGCNA-Assays das herunterregulierte miR-150-5p als das relativste Hub-Gen identifiziert, das die osteogene Differenzierung und die Blutgefäßangiogenese vom Typ H koppelt. Mit Hilfe von bioinformatischen Assays, dualen Luciferase-Reporter-Experimenten, qRT-PCR und Western-Blot-Assays wurde SOX2 (SRY-Box Transcription Factor 2) als ein neuartiges nachgeschaltetes Zielgen von miR-150-5p in Exosomen bestätigt, das ein zentraler Mechanismus zur Regulierung der Bildung von CD31hi Emcnhi ECs sein könnte. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse der JC-1-Immunfluoreszenzfärbung, des Western Blot und des Seepferdchen-Assays, dass die Überexpression von SOX2 die metabolische Umprogrammierung von der oxidativen Phosphorylierung (OXPHOS) auf die Glykolyse verlagern kann, um die Bildung von CD31hi-Emcnhi-ECs zu fördern. Der PI3k/Akt-Signalweg könnte bei diesem Prozess eine Schlüsselrolle spielen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass BMSCs in der osteogenen Differenzierung Exosomen mit geringer miR-150-5p-Expression absondern könnten, um die Bildung von Blutgefäßen vom Typ H durch die Vermittlung einer SOX2-Überexpression in ECs zu induzieren. Diese Ergebnisse könnten einen molekularen Mechanismus der Osteogenese in Verbindung mit der Bildung von Blutgefäßen des Typs H in der osteogenen Mikroumgebung aufzeigen und ein neues therapeutisches Ziel oder ein zellfreies Heilmittel für Krankheiten, die die Osteogenese beeinträchtigen, bieten.
Eine Studie zur Antigenauswahl durch extrazelluläre Vesikel als Impfstoffkandidaten gegen Mycobacterium tuberculosis Infektion
Einleitung. Tuberkulose (TB), eine durch Mycobacterium tuberculosis(M. tb) verursachte Infektionskrankheit, ist nach wie vor ein weltweites Problem für die öffentliche Gesundheit. Es ist von entscheidender Bedeutung, wirksamere Impfstoffe gegen TB zu entwickeln, um die Krankheit weltweit unter Kontrolle zu bringen. Extrazelluläre Vesikel (EVs) sind kugelförmige, membrangebundene Strukturen, die von Pathogenen und Wirtszellen freigesetzt werden. Während des Verlaufs einer Infektion werden sowohl vom Erreger als auch vom Wirt stammende EVs produziert und spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des Infektionsverlaufs. EVs bieten faszinierende Möglichkeiten als potenzielle Impfstoffe, da sie mehrere Erreger- oder Wirtsantigene transportieren können.
Hypothese/Lückenaussage. Wir stellten die Hypothese auf, dass von M. tb abgeleitete EVs und EVs aus M. tb-infizierten Makrophagen als potenzielle Impfstoffkandidaten gegen eine M. tb-Infektion dienen könnten.
Ziel. Ziel dieser Studie ist es, die Immunogenität und den Immunschutz zwischen M. tb-EVs und von M. tb infizierten Makrophagen abgeleiteten EVs zu vergleichen.
Die Methodik. In dieser Studie wurden EVs aus Kulturüberständen von M. tb- bzw. M. tb-infizierten Makrophagen extrahiert. Mit Hilfe der Massenspektrometrie wurde die Antigenzusammensetzung von H37Rv-Mφ-EVs und H37Rv-EVs untersucht. Zytokinprofile und Antikörperreaktionstests wurden verwendet, um die Immunogenität der EVs zu analysieren. Darüber hinaus haben wir eine histologische Untersuchung durchgeführt, um die schützende Wirkung der EVs zu bewerten.
Ergebnisse. Unsere Ergebnisse zeigten, dass Mäuse, die mit EVs aus M. tb-infizierten Makrophagen immunisiert wurden, eine stärkere entzündliche Zytokinreaktion auslösten als M. tb. Außerdem verstärkten EVs aus M. tb-infizierten Makrophagen die T-Zell-Aktivierung und die Antikörperreaktion im Vergleich zu M. tb-EVs. Die Proteomanalyse ergab, dass EVs aus M. tb-infizierten Makrophagen, die immundominante Cargos enthalten, eine stärkere Bindungsfähigkeit mit Molekülen des Haupthistokompatibilitätskomplexes aufweisen, was zum Schutz vor einer M. tb-Infektion beitragen könnte. Tatsächlich führte die Immunisierung mit EVs, die von M. tb-infizierten Makrophagen freigesetzt wurden, zu einer signifikanten Verringerung der bakteriellen Belastung und einem besseren Schutz vor einer M. tb-Infektion als EVs von M. tb. Wichtig ist, dass die ausgewählten Antigene (Ag85B, ESAT-6 und Rv0580c) aus EVs von M. tb-infizierten Makrophagen eine effektive Immunogenität aufwiesen.
Schlussfolgerung. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass EVs aus M. tb-infizierten Makrophagen als geeignete Antigenbibliothek für Impfstoffkandidaten gegen M. tb dienen könnten.
Nutzung von Exosomen als Krebs-Biomarker in der klinischen Onkologie
Exosomen sind extrazelluläre Vesikel, die dafür bekannt sind, die Kommunikation von Zelle zu Zelle zu erleichtern, indem sie wichtige Makromoleküle wie Proteine, DNA, mRNA, Lipide und miRNA verteilen. Diese Vesikel sind in allen Flüssigkeiten des Körpers, einschließlich Urin, Blut, Speichel und sogar Galle, reichlich vorhanden. Sie sind wichtige Diagnoseinstrumente für Brust-, Lungen- und Magen-Darm-Krebs usw. Ihre Anwendung als Krebs-Biomarker ist jedoch in den meisten Teilen der Welt noch nicht umgesetzt worden. In dieser Übersichtsarbeit erörtern wir, wie die Erstellung von OMICs-Profilen von Exosomen als Ersatz für herkömmliche Bildgebungs- oder Biopsiemethoden zur Krebserkennung praktiziert werden kann. Bisherige Methoden wie umfassende Bildgebung und Biopsie, die für das Screening verwendet wurden, waren teuer, meist invasiv und konnten nicht ohne Weiteres eine Früherkennung für verschiedene Krebsarten bieten. Exosomale Biomarker können für das Routine-Screening genutzt werden, indem man einfach Körperflüssigkeiten der Person entnimmt. Wir gehen davon aus, dass die Verwendung von Exosomen in den kommenden Jahren durch den Erfolg klinischer Studien, die ihr Potenzial zur Verbesserung der Krebserkennung und -behandlung untersuchen, ans Licht gebracht wird.
