Экзосомальная терапия – экзосомы интересней стволовых клеток

Экзосомальная терапия основана на применении внеклеточных нановезикул, которые называют “экзосомы”. Благодаря набору свойств этих мельчайших пузырьков, которые наполнены “полезностями”, можно точечно воздействовать на клетки человеческого организма.

Экзосомы, наноразмерные внеклеточные везикулы, играют решающую роль в межклеточной коммуникации и гомеостазе организма. Они действуют как посредники, перенося различные молекулы, включая белки, нуклеиновые кислоты и липиды, между клетками.

Благодаря своей способности проникать через биологические барьеры и направляться к конкретным клеткам-мишеням, экзосомы приобрели большое значение в области терапевтики.

Справочно. Экзосомальная терапия представляет собой новый метод лечения, использующий экзосомы для доставки терапевтических молекул в клетки-мишени.

Этот подход предлагает ряд преимуществ, таких как низкая иммуногенность, высокая биосовместимость и способность преодолевать биологические барьеры.

В настоящее время экзосомальная терапия активно исследуется для лечения различных заболеваний, включая рак, нейродегенеративные расстройства и воспалительные заболевания, в том числе кожи.

В ходе исследований оказалось, что эффективно также использовать экзосомы в косметологии. Рассмотрим и это направление.

Содержание

Стволовые клетки в таргетной терапии

Первыми в вопросах направленной регуляции биохимических процессов в организме человека стали применяться стволовые клетки.

Впервые стволовые клетки костного мозга были использованы в медицинских целях в 1891 году французскими учеными Шарлем Броун-Секаром и Жаком д. Арсонвалем. Они пытались лечить больного лейкемией с помощью экстракта костного мозга, но безуспешно.

Экзосомы – начало использования

В 1983 году экзосомы были обнаружены как побочные продукты дифференциации красных кровяных клеток и считались способом избавления от лишней цитоплазмы.

Однако в конце 1990-х годов выяснилось, что экзосомы играют важную роль в иммунных реакциях, что указывает на их участие в межклеточной коммуникации.

В 2007 году было обнаружено, что экзосомы переносят различные микроРНК и мРНК в клетки-мишени, что вызвало значительный интерес к этим внеклеточным везикулам.

Клиническая значимость экзосом возросла с возможностью выделять их из крови и анализировать в них опухолевые биомаркеры, что стало известно как «жидкая биопсия».

Справочно. В настоящее время экзосомы используются в качестве универсального носителя для доставки необходимых молекул в клетки.

Синтетические экзосомы могут доставлять не только органические молекулы, но и терапевтические компоненты, способствующие омоложению клеток.

Что такое экзосомы

Экзосомы представляют собой крошечные мембранные пузырьки размером от 30 до 150 нанометров, которые образуются внутри клеток и выделяются во внеклеточное пространство.

Они служат посредниками в межклеточной коммуникации, перенося различные биомолекулы:

белки (включая факторы роста);
микроРНК (регулирующие экспрессию генов);
липиды.

Экзосомы играют важную роль в клеточных процессах, таких как регенерация, заживление и восстановление. Их уникальная способность транспортировать белки, липиды и нуклеиновые кислоты позволяет им оказывать комплексное воздействие на клетки-мишени.

Мембрана экзосом защищает их содержимое от окружающей среды, обеспечивая целенаправленную доставку молекул к клеткам-адресатам. Рецепторы на поверхности мембраны экзосом обеспечивают их специфическое взаимодействие с целевыми клетками.

Экзосомы и стволовые клетки

Сходства между стволовыми клетками и экзосомами:

являются внеклеточными компонентами: стволовые клетки — это недифференцированные клетки, а экзосомы — это внеклеточные пузырьки, выделяемые клетками;
участвуют в межклеточной коммуникации: стволовые клетки могут секретировать факторы роста и цитокины, а экзосомы содержат молекулы, которые могут передавать сигналы другим клеткам;
обладают терапевтическим потенциалом: стволовые клетки могут быть использованы для лечения различных заболеваний, а экзосомы могут доставлять терапевтические молекулы в клетки-мишени.

Различия между стволовыми клетками и экзосомами:

размер: стволовые клетки — это относительно крупные клетки, а экзосомы — это наночастицы;
происхождение: стволовые клетки возникают из эмбриональных или взрослых тканей, а экзосомы выделяются различными типами клеток;
функция: стволовые клетки обладают способностью к самообновлению и дифференциации, а экзосомы в первую очередь участвуют в межклеточной коммуникации;
терапевтическое применение: стволовые клетки могут использоваться для замены поврежденных тканей, а экзосомы могут использоваться для доставки лекарств или модуляции иммунного ответа.

Экзосомы — преимущества применения

Преимущества экзосом в сравнении со стволовыми клетками:

стабильность: двойная липидная оболочка экзосом обеспечивает высокую стабильность. Она также способствует проникновению и доставке веществ непосредственно в клетки кожи;
стерильность: экзосомы можно стерилизовать, получая высокоочищенное вещество. После очистки они подвергаются лиофилизации, что повышает их срок годности;
оценка качества: экзосомы можно точно идентифицировать и охарактеризовать с помощью маркеров, проточной цитометрии и других методов;
состав: экзосомы содержат те же активные вещества, что и стволовые клетки, включая белки, микроРНК, ДНК, факторы роста и пептиды.

Важные отличия:

экзосомы не несут генетический материал донора, что исключает риск онкогенеза и иммунологических реакций;
при массовом производстве экзосом проще контролировать качество и снижать стоимость продукта.

Современные исследования выявили потенциал экзосом в качестве эффективных носителей для адресной доставки лекарств.

Справочно. Их крошечные размеры обеспечивают проникновение в глубокие ткани, а отрицательный Дзета-потенциал способствует длительной работоспособности.

Благодаря деформируемому цитоскелету и сходству с клеточными мембранами экзосомы легко преодолевают физиологические барьеры. Кроме того, некоторые типы экзосом обладают устойчивостью к иммунному ответу.

Таким образом, экзосомы являются перспективными биосовместимыми наноносителями, идеально подходящими для клинического применения благодаря своим природным характеристикам и способности эффективно доставлять лекарственные средства к целевым клеткам.

Экзосомальная терапия преимущества и факторы риска

Инновационные экзосомы обладают многообещающими возможностями в медицине и косметологии.

Преимущества:

неинвазивность: экзосомальная терапия не требует хирургического вмешательства, что делает ее удобной для амбулаторного применения;
широкий спектр применения: экзосомы могут использоваться для лечения различных заболеваний и улучшения состояния кожи;
быстрые результаты: пациенты часто отмечают заметные улучшения после нескольких сеансов экзосомальной терапии.

Потенциальные риски:

аллергические реакции: как и при любом медицинском вмешательстве, возможны аллергические реакции;
инфекции: инъекции могут привести к инфекциям в месте введения;
необходимость в повторных сеансах: для достижения желаемых результатов может потребоваться несколько процедур.

Справочно. Важно отметить, что исследования экзосомальной терапии продолжаются, и ее эффективность в различных областях медицины и косметологии все еще изучается.

Экзосомы в терапии

Экзосомы обладают уникальными характеристиками, которые делают их перспективными кандидатами для терапевтического применения. Они практически не вызывают иммунного ответа, хорошо совместимы с кровью, способны преодолевать тканевые барьеры и специфически связываться с целевыми клетками.

Кроме того, нановезикулы демонстрируют высокую стабильность в биологических жидкостях.

Справочно. Извлекая их из различных клеточных источников, можно получить экзосомы с разными терапевтическими свойствами.

Так, нановезикулы, выделяемые сердечными прогениторными клетками, защищают клетки миокарда от апоптоза, вызванного окислительным стрессом. Экзосомы, секретируемые клетками дермального сосочка, стимулируют рост волосяных фолликулов.

Экзосомы для лечения кожных патологий

Экзосомы нашли широкое применение в дерматологии и косметологии.

Источники экзосом для ухода за кожей:

нановезикулы мезенхимальных стволовых клеток (МСК-экзосомы): получаемые из доступных тканей (жировая ткань, костный мозг, пуповина), МСК-экзосомы обладают регенеративными свойствами. Они стимулируют выработку коллагена, способствуют росту новых сосудов и регулируют иммунный ответ, что делает их эффективными для заживления ран, восстановления кожи и противовоспалительной терапии;
нановезикулы фибробластов: фибробласты синтезируют коллаген и внеклеточный матрикс. Экзосомы, выделенные из фибробластов, доставляют факторы роста, цитокины и белки матрикса, которые улучшают выработку коллагена, эластичность кожи и уменьшают морщины и рубцы;
везикулы кератиноцитов: кератиноциты составляют основной слой эпидермиса. Экзосомы кератиноцитов поддерживают барьерную функцию кожи и ее регенерацию. Они содержат липиды, факторы роста и антимикробные пептиды, которые помогают защитить кожу, регулируют дифференцировку клеток и способствуют заживлению ран;
везикулы меланоцитов: меланоциты производят меланин, пигмент, определяющий цвет кожи. Экзосомы меланоцитов переносят ферменты и регуляторные молекулы, участвующие в производстве меланина. Они помогают лечить нарушения пигментации, такие как витилиго и мелазма, восстанавливая пигментацию и регулируя выработку меланина;
нановезикулы тромбоцитов: тромбоциты выделяют экзосомы, богатые факторами роста и биоактивными веществами. Эти везикулы ускоряют заживление ран, восстанавливают ткани и стимулируют выработку коллагена. Они усиливают рост новых сосудов и создают благоприятную среду для регенерации клеток кожи;
везикулы адипоцитов: экзосомы адипоцитов (клеток жировой ткани) обладают регенерирующим и антивозрастным действием. Они содержат адипокины, факторы роста и липиды, которые способствуют омоложению кожи, выработке коллагена и замедлению старения клеток.

Экзосомальная терапия – модификация экзосом

Для целевого воздействия на клетки-мишени, экзосомам требуется определенная настройка. То есть экзосома должна иметь для каждой конкретной задачи требуемый набор свойств. Такую настройку принято называть “модификация”.

Интеграция экзосом с целевыми клетками и доставка их содержимого внутрь клеток достигается путем модификации экзосом. Такие модифицированные экзосомы называются адаптированными.

Справочно. Существуют два основных метода модификации экзосом: эндогенный и экзогенный.

Эндогенная модификация осуществляется внутри клеток, например, путем воздействия на клетки фармацевтическими препаратами или физическими, химическими или биологическими факторами. Это приводит к изменению состава секретируемых экзосом в зависимости от воздействия.

Экзосомальная терапия – модификация экзосом

Экзогенная модификация проводится после выделения экзосом из клеток. Она включает изменение состава экзосом, например, добавление определенных молекул.

Для этого используются различные методы, такие как электропорация, инкубация, ультразвуковая обработка, экструзия, гипотонический диализ, циклы замораживания-оттаивания, использование сапонинов, хлорида кальция и липидных сфер.

Справочно. Модифицированные экзосомы, содержащие определенные молекулы, являются эффективным способом доставки молекул в целевые клетки, поскольку они являются естественным механизмом.

Атопический дерматит — экзосомальная терапия

Атопический дерматит, распространенное кожное заболевание, вызванное хроническим воспалением. Нарушение кожного барьера и микробиома усугубляет его симптомы.

Лечение направлено на облегчение зуда и подавление воспаления. Традиционно используются эмоленты и глюкокортикостероиды.

Исследования показали, что экзосомы, выделяемые стволовыми клетками, могут улучшить состояние кожи при атопическом дерматите. Нановезикулы, полученные из стволовых клеток жировой ткани, способствуют выработке керамидов, укрепляющих кожный барьер.

Справочно. В исследованиях на мышах экзосомы из стволовых клеток жировой ткани восстанавливали защитные свойства кожи, активируя гены, участвующие в синтезе липидов.

В другом исследовании экзосомы вводили животным внутривенно и подкожно. Это значительно уменьшило проявления атопического дерматита, снизило количество провоспалительных клеток и цитокинов в коже и сыворотке крови.

Эффективность микропузырьков сопоставима с преднизолоном, что делает их потенциальной альтернативой традиционным методам лечения.

Справочно. Использование экзосом в терапии атопического дерматита может восстановить барьерные функции кожи, уменьшить симптомы и стать безопасным и эффективным вариантом лечения.

Псориаз и экзосомы

Псориаз, хроническое воспалительное заболевание кожи, опосредованное цитокинами, характеризуется тем, что экзосомы, выделяемые T-хелперами 1 типа, переносят цитокины к соседним антигенпредставляющим клеткам, способствуя развитию заболевания.

Справочно. В связи с ключевой ролью IL-17 и IL-23 в патогенезе псориаза их подавление рассматривается как перспективный терапевтический подход.

Исследования на животных моделях псориаза показали, что подкожное введение экзосом мезенхимальных стволовых клеток пуповинной ткани человека приводит к уменьшению клинических и гистологических проявлений псориаза.

Это достигается за счет снижения уровней IL-17 и IL-23, подавления созревания и активации дендритных клеток и блокирования положительной обратной связи IL-17 с кератиноцитами.

Заживление ран

Кожа, как защитный барьер организма, подвержена различным повреждениям, включая ожоги и травмы, что приводит к образованию рубцов. Лечение этих дефектов является сложной задачей с медицинской и социальной точки зрения.

Справочно. Исследования показали, что экзосомы, выделяемые стволовыми клетками, обладают потенциалом для заживления ран.

Эти экзосомы переносят противовоспалительные, антифиброзные и проангиогенные факторы.

Например, экзосомы из стволовых клеток пуповинной крови человека стимулируют синтез коллагена и эластина в коже мышей.

Экзосомы из мезенхимальных стволовых клеток доставляют белок Wnt4, который активирует сигнальный путь Wnt/β-катенин и ускоряет заживление ожогов второй степени у мышей.

Справочно. Стволовые клетки координируют заживление через экзосомы, передавая факторы роста, транскрипции и противовоспалительные молекулы.

Экзосомы из стволовых клеток жировой ткани активизируют заживление язв при диабетической стопе путем передачи транскрипционного фактора NRF2, который снижает окислительный стресс и воспаление, способствуя регенерации тканей и ангиогенезу.

Таким образом, экзосомы представляют собой перспективный инструмент для разработки новых методов лечения кожных дефектов различного происхождения.

Это означает возможность эффективно использовать экзосомы в косметологии.

Алопеция и экзосомы

Использование экзосом для стимулирования роста волос при алопеции изучалось как на клеточных линиях, так и на животных.

Экзосомы, выделенные из стволовых клеток волосяных фолликулов, продемонстрировали способность переводить волосяные фолликулы из фазы покоя (телогена) в активную фазу роста (анаген) и замедлять переход от анагена к фазе выпадения (катаген).

Справочно. В одном исследовании экзосомы вводились в волосяные фолликулы на разных стадиях роста, а затем оценивалось их влияние на пролиферацию и миграцию клеток.

Результаты показали, что инъекции экзосом ускоряли начало анагена и замедляли начало катагена у мышей, что приводило к формированию более длинных и толстых волос.

Кроме того, наблюдалось увеличение экспрессии молекул, участвующих в сигнальных путях, важных для развития и роста волосяных фолликулов, таких как Wnt/β-катенин и Sonic Hedgehog (SHH), а также уровней факторов роста FGF-5 и IGF-1.

Справочно. Таким образом, экзосомы, полученные из стволовых клеток, могут стать перспективным средством в трихологии и косметологии для лечения нарушений роста волос.

Экзосомальная терапия кожных заболеваний

Преимущества экзосом в лечении кожных заболеваний:

высокая биосовместимость: экзосомы — это естественные наноразмерные везикулы, секретируемые клетками, которые обладают высокой биосовместимостью с кожей. Они легко проникают через кожу и взаимодействуют с клетками-мишенями;
целевая доставка: экзосомы можно модифицировать для доставки специфических молекул (например, лекарств, микроРНК или белков) непосредственно в клетки-мишени кожи. Это позволяет целенаправленно лечить кожные заболевания;
противовоспалительное действие: экзосомы содержат противовоспалительные молекулы, которые могут уменьшать воспаление, связанное с кожными заболеваниями, такими как экзема, псориаз и акне;
стимуляция регенерации тканей: способствуют регенерации тканей и заживлению ран. Они содержат факторы роста и цитокины, которые стимулируют пролиферацию клеток и образование новых тканей. Это позволяет использовать экзосомы в косметологии (биоревитализация);
иммуномодулирующее действие: могут модулировать иммунный ответ кожи, что делает их полезными для лечения аутоиммунных кожных заболеваний, таких как псориаз и витилиго;
улучшение барьерной функции кожи: содержат молекулы, которые укрепляют барьерную функцию кожи, защищая ее от внешних раздражителей и инфекций;
омолаживающий эффект: экзосомы содержат белки и микроРНК, которые участвуют в омоложении кожи. Они могут улучшать эластичность, уменьшать морщины и осветлять пигментацию;
нетоксичность: являются естественными компонентами организма и, как правило, нетоксичны. Это делает их безопасным вариантом лечения кожных заболеваний;
удобство использования: можно вводить в кожу с помощью различных методов, таких как инъекции, местные мази или спреи. Это делает их удобными в использовании;
перспективность для лечения различных кожных заболеваний: экзосомы показали многообещающие результаты в лечении широкого спектра кожных заболеваний, включая такие заболевания как: экзема, псориаз, акне, витилиго, атопический дерматит, розацеа, старение кожи.

Клинический случай

Впечатлили результаты терапии, опубликованные О. Разумковой, врачом-дерматовенерологом из Самары. Этот опыт интересен в контексте рассмотрения эпидермофитии стоп.

Пациентка, женщина 87 лет, страдает климактерической кератодермией. Она жалуется на сухость кожи стоп, трещины, зуд и затруднения при ходьбе из-за боли в стопах при нагрузке.

Заболевание началось 20 лет назад, после наступления менопаузы, с высыпаний на коже стоп. Женщина проходила лечение глюкокортикостероидами (ГКС) и кремами с мочевиной, но эффект был неустойчивым. Со временем ГКС стали менее эффективными.

В качестве терапии было назначено:

мазь «Дермовейт» один раз в день в течение трех дней;
Amrita Biotech serum (Rose) один раз в день в течение 14 дней.

После лечения наблюдалось уменьшение трещин и гиперкератоза на коже стоп, а также снижение сухости.

В качестве домашнего ухода было рекомендовано продолжать использовать Amrita Biotech serum (Rose) два раза в день в течение месяца.

Экзосомальная терапия — перспективы

Экзосомы представляют значительные возможности для разработки инновационных диагностических и терапевтических подходов к кожным заболеваниям.

Тем не менее, применение экзосом в клинической практике сталкивается с рядом ограничений.

Справочно. Разнообразие молекул, присутствующих в экзосомах, приводит к трудностям в стандартизации их производства и оценке их эффективности.

Кроме того, понимание характеристик экстраклеточных везикул, включая экзосомы, остается неполным не только в дерматологии, но и в других областях биомедицины, требуя дальнейших исследований для их полной реализации в клинической практике.

Для подготовки статьи использовались следующие источники:

1. Палкина Н.В., Зенаишвили Р.Д., Рукша Т.Г. Роль экзосом в диагностике и лечении иммуноопосредованных дерматозов, лечении кожных ран и алопеции. Вестник дерматологии и венерологии. 2024; 100(2)

2. Lucia Mincheva-Nilsson. Isolation and Characterization of Exosomes from Cultures of Tissue Explants and Cell Lines/ LuciaMincheva-Nilsson,Vladimir Baranov, Olga Nagaeva, and Eva Dehlin// Current Protocols in Immunology – 2016. — №115. – Р.1-21

3. Batrakova E.V. Using exosomes, naturally-equipped nanocarriers, for drug delivery/ Batrakova E.V., Kim M.S.//J Control Release – 2016. — №219. – P. 396–405.

4. Kim M.S. Development of exosome-encapsulated paclitaxel to overcome MDR in cancer cells/ Kim M.S., Haney M.J., Zhao Y., Mahajan V., Deygen I., Klyachko N.L., et al.// Nanomed-Nanotechnol – 2016. — №12. – Р. 655-664.

5. Hu W, Song X, Yu H, Sun J, Zhao Y. Released Exosomes Contribute to the Immune Modulation of Cord Blood-Derived Stem Cells. Front Immunol. 2020; 11: 165. doi: 10.3389/fimmu.2020.00165

6. Luga V, Wrana JL. Tumor-stroma interaction: Revealing fibroblast-secreted exosomes as potent regulators of Wnt-planar cell polarity signaling in cancer metastasis. Cancer Res. 2013;73(23):6843–6847. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-13-1791

7. Lo Cicero A, Delevoye C, Gilles-Marsens F et al. Exosomes released by keratinocytes modulate melanocyte pigmentation. Nat Commun. 2015; 6:7506. doi: 10.1038/ncomms8506

8. Zhang H, Freitas D, Kim HS et al. Identification of distinct nanoparticles and subsets of extracellular vesicles by asymmetric flow field-flow fractionation. Nat Cell Biol. 2018;20(3):332– 343. doi: 10.1038/s41556-018-0040-4

Тэги