Телефонуйте: +38 (067) 242 82 22

Терапевтичні властивості екзосом, отриманих від МСК

14.01.2022

властивості екзосом з МСК

Автори:

Рецензент Гордієнко Інна, біолог біотехнологічної лабораторії, к.б.н.
Автор
Косяк Вікторія, асистент біолога, біофізик

Сьогодні екзосоми — перспективний інструмент для терапії багатьох захворювань. Серед їх переваг: висока біодоступність, широкий спектр інструментів впливу, виражені регенеративні ефекти. Водночас досить поширені наступні питання: Який механізм дії екзосом отриманих від МСК при пошкодженні тканин та органів? Чи безпечно використовувати екзосоми? Які терапевтичні властивості роблять екзосоми цікавим інструментом для лікарів у боротьбі з багатьма хворобами?
На всі ці запитання ми відповімо у цій статті.

Фармакокінетика екзосом

В інструкції до будь-якого фармакологічного препарату описується шлях його метаболізму організмом, тобто наступні параметри:1. До яких органів препарат потрапляє в першу чергу?2. Через який час його ефективність максимальна?3. Який шлях перетворення та виведення препарату?
Хоча, біотехнологічні продукти не належать до класичних фармпрепаратів та належать до лікарських засобів передової терапії згідно з класифікацією Європейського агентства з лікарських засобів (EMA), питання фармакокінетики є важливим для розуміння їх впливу на організм. Ряд доклінічних досліджень на тваринних моделях показали, що в разі внутрішньовенного введення найбільша частка екзосом (70-95%) протягом перших 30 хвилин виходить з кровоносного русла. Через годину після системного введення екзосоми не детектуються в кровотоці. Перерозподіл екзосом в організмі відбувається щонайменше трьома фазами: швидка (менш як годину); середня (від 2 до 12 годин); пізня (понад 24 годин).
Печінка, селезінка, легені, нирки — ті органи, куди екзосоми потрапляють в першу чергу. Найвища концентрація екзосом при внутрішньовенному введенні детектується в печінці, при чому їх кількість залишається стабільно високою протягом 24 годин. Низька концентрація екзосом детектується в таких органах: серці; головному мозку; кістках; кишково-шлунковому тракті в середню фазу перерозподілу.
Такий перерозподіл екзосом після системного введення можна частково пояснити особливостями клітинного та молекулярного складу як екзосом, так і органів-мішеней. Наприклад, накопичення екзосом в печінці пояснюється наявністю клітин Купфера — спеціалізованих макрофагів, які найбільше поглинають езосоми. В легенях екзосоми поглинають фібробласти та епітеліальні клітини. Це залежить від наявності на поверхні екзосом особливих молекул — інтегринів α6β1. Виведення екзосом з організму відбувається через нирки та печінку.
В клінічних дослідженнях переважає застосування екзосом шляхом місцевих ін’єкцій, обмежена кількість клінічних результатів опубліковані із внутрішньовенним шляхом введення. Разом з тим, показано, що внутрішньовенне введення високих концентрацій екзосом (від 10 мільярдів в мл) легко переносились пацієнтами та були ефективними у подоланні важкого перебігу COVID-19.

фармакокінетика екзосом

Спосіб злиття екзосом із клітиною-рецепієнтом 

Екзосоми, отримані від МСК, передають інформацію клітинам-реципієнтам декількома можливими шляхами:

1. Пряма взаємодія рецептора екзосоми з рецептором на плазматичній мембрані клітини-реципієнта, що ініціюватиме відповідний сигнальний шлях.
2. Злиття мембрани екзосом з мембраною клітини-реципієнта та наступним вивільненням її вмісту в цитоплазму.
3. Захоплення (інтерналізація) екзосом клітиною різними способами (клатрин/кавеолін-опосередкований ендоцитоз, фагоцитоз, мікропіноцитоз).

Інтерналізація екзосом відбувається швидко і є залежною від температури. Вміст екзосом може потрапити як в цитоплазму, так і в цитоплазматичні компартменти (ендоплазматичний ретикулум, комплекс Гольджі, пізні ендосоми, лізосоми). Крім того, виявлено, що екзосоми здатні рециркулювати від однієї клітини до іншої, проникаючи не лише в поверхневі, а й глибокі шари тканин. Фактори росту, що містяться в екзосомах, стабільніші та діють триваліше ніж ті, що потрапляють в клітину без участі екзосом. Злиття екзосом з лізосомами, які мають кисле середовище сприяє активації деяких сигнальних молекул, наприклад, TGFβ-1, а злиття з пізніми ендосомами пришвидшує вивільнення вмісту екзосом в цитоплазу. міРНК екзосом, потрапляючи в цитоплазму, знаходять свою цільову молекулу мРНК та блокують синтез білка з неї, тим самим виконуючи регулятора експресії генів в клітині-реципієнті. Таким чином, шляхи потрапляння екзосом в клітин є різними, а способи реалізації інформативного повідомлення екзосом різнонаправленими.

злиття екзосом з клітиною

Токсичність екзосом

Як щодо токсичності екзосом з МСК? Адже багато косметичних агентів біологічного походження здатні викликати подразнення або інші більш серйозні алергічні реакції.
Щоб оцінити токсичність екзосом з МСК, було проведено масштабне дослідження. Його метою було оцінити токсикологічний профіль екзосом з МСК жирової тканини, включаючи такі показники:
здатність до сенсибілізації шкіри;
здатність до фотосенсибілізації;
подразнення очей;
подразнення шкіри;
а також гостра оральна токсичність.

Вчені оцінювали всі параметри відповідно до рекомендацій ОЕСР (Організації економічного співробітництва та розвитку) та принципів GLP (Good Laboratory Practice). Висновки дослідження говорять, що екзосоми, отримані від МСК:
1. Були класифіковані як речовини, що потенційно не здатні сенсибілізувати шкіру в тесті на шкірну сенсибілізацію.
2. Не отримали жодної категорії в тесті на подразнення очей.
3. Не подразнювали шкіру в тесті на подразнення шкіри.
4. Не викликали фототоксичності.
5. Не викликали реакції в тесті на гостру оральну токсичність.

Вчені підсумовують, що екзосоми з МСК безпечні для місцевого застосування, не мають побічних ефектів під час токсикологічних випробувань, і мають потенціал до застосування як терапевтичного агента, косметичного інгредієнта або для інших терапевтичних цілей.

Імуногенність

Для масштабного виробництва екзосоми отримують з донорських МСК, тому в пацієнтів та лікарів виникає питання можливої відповіді з боку імунної системи. Комплексний протеомний аналіз екзосом отриманих від МСК не виявив наявності молекул головного комплексу гістосумісності (МНС) І та ІІ типів, що є основними індукторами імунної відповіді при трансплантації. Більш ніж 200 різних досліджень проведених на тваринах із застосуванням екзосом від МСК людини не повідомляли про реакції з боку імунної системи. Крім того, дослідження із застосуванням повторюваних доз екзосом теж не виявили змін в гематологічних показниках та на гістологічних зрізах тканин різних органів. Отже, екзосоми можна визначити як гіпоімуногенні, подібно до їх клітин-продуцентів, МСК.

Терапевтичні властивості екзосом

1. Протизапальні.Екзосоми, виділені з МСК, здатні зменшувати експресію білків запалення, таких як TNF-α, IL-1β, MMPs. Водночас вони сприяють синтезу протизапальних білків IL-4, IL-10 та TIMPs. Завдяки цим властивостям, екзосоми ефективно зменшують запалення, що необхідно для швидкого відновлення пошкодженої тканини. Також їх застосування може покращувати стан організму при аутоімунних захворюваннях та станах, що супроводжуються надмірною імунною відповіддю.
2. Антиоксидантні.Пероксидаза, що міститься в екзосомах, може зменшувати вплив кисню при оксидативному стресі. Це явище характерне для багатьох хвороб та відіграє ключову роль в дегенерації тканин при старінні. Зменшення оксидативного стресу сприяє кращій виживаності клітин та покращує їх функції.
3. Антиапоптотичні.Антиапоптотичні білки в екзосомах здатні зупинити загибель клітин, що є важливим при подоланні різних дегенеративних процесів.
4. Антифіброзні.Екзосоми з МСК забезпечують нормальну реорганізацію пошкодженої шкіри завдяки індукції синтезу колагену І/ІІІ типів. Зменшення фіброзу під час загоювання ран або відновлення після травм збільшує ймовірність формування нормальної тканини без шрамів.
5. Проангіогенні.Екзосоми з МСК здатні активувати ендотеліальні клітини і тим самим стимулюють ангіогенез. Покращення кровообігу в пошкоджені травмою чи хворобою тканини збільшує виживаність клітин і запобігає їх деградації шляхом збільшення постачання поживних речовин та кисню.
6. Стимуляція синтезу колагену та міжклітинного матриксу.Екзосоми МСК активують роботу фібробластів. Це допомагає збільшити синтез міжклітинного матриксу, відновити пошкоджені тканини та перешкоджати старінню шкіри обличчя. Специфічні екзосомальні мікроРНК допомагають відновлювати нормальний рівень колагену і стимулювати регенерацію хрящової тканини.
7. Епігенетична реактивація клітин.Такі білки екзосом, як гістонова деацетилаза може індукувати транскрипцію неактивної ДНК та впливати на функції клітин без втручання безпосередньо в геном. Саме так можна перезапустити активність потрібних генів.

властивості екзосом

Враховуючи ці відмінні терапевтичні особливості, не дивно, що екзосоми з МСК наразі фігурують у багатьох доклінічних та клінічних дослідженнях. Деякі з них розглянемо в наступній публікації. Слідкуйте за нашими новинами.
Вже зараз продукт на основі екзосом доступний в Україні! GoodEXOCells від GOOD CELLS — екзосомовмісний біотехнологічний продукт для лікування випадіння волосся. Замовити продукт або отримати безкоштовну консультацію можна за номером телефону +38 (067) 242 82 22.
Дивіться відео про оновлений формат випуску екзосомовмісного продукту GoodEXOCells на YouTube!

Замовляйте екзосоми тут:

Дякуємо!

Ваша заявка вже в роботі у менеджерів компанії.

Can't send form.

Please try again later.


Джерела: 1. Sengupta V, Sengupta S, Lazo A, Woods P, Nolan A, Bremer N. Exosomes Derived from Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells as Treatment for Severe COVID-19. Stem Cells Dev. 2020 Jun 15;29(12):747-754. doi: 10.1089/scd.2020.0080. Epub 2020 May 12. PMID: 32380908; PMCID: PMC7310206.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32380908/ 2. Ha DH, Kim SD, Lee J, Kwon HH, Park GH, Yang SH, Jung JY, Lee JH, Park SR, Youn J, Lee SH, Kim JE, Lim J, Lee HK, Cho BS, Yi YW. Toxicological evaluation of exosomes derived from human adipose tissue-derived mesenchymal stem/stromal cells. Regul Toxicol Pharmacol. 2020 Aug;115:104686. doi: 10.1016/j.yrtph.2020.104686. Epub 2020 May 22. PMID: 32450131.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32450131/ 3. Gurung S, Perocheau D, Touramanidou L, Baruteau J. The exosome journey: from biogenesis to uptake and intracellular signalling. Cell Commun Signal. 2021 Apr 23;19(1):47. doi: 10.1186/s12964-021-00730-1. PMID: 33892745; PMCID: PMC8063428.https://doi.org/10.1186/s12964-021-00730-1 4. Kang, M., Jordan, V., Blenkiron, C., & Chamley, L. W. (2021). Biodistribution of extracellular vesicles following administration into animals: A systematic review. J. Extracell. Vesicles, 00, e12085. https://doi.org/10.1002/jev2.12085